量子多体系の大規模数値計算で迫る原子核構造/宇都野穣

宇都野穣
共立出版
基本法則から読み解く物理学最前線 39
ISBN：4320035593/9784320035591
発売日:2026年02月

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【内容紹介】
原子核は数百以内の陽子と中性子が自己束縛する、有限量子多体系である。不思議なことに、陽子数、中性子数を変化させるとともに、その形は球形になったり回転楕円体に変形したりと、原子核は多彩な姿を見せる。このように量子多体系としての原子核の性質を解明する研究分野を原子核構造といい、本書はそのうち殻模型計算とよばれる手法にフォーカスした解説書である。
本書は標準的な量子力学の知識のみを前提とし、はじめて原子核構造を学ぶ学生もそのイロハから最先端までを無理なく追えるようにした一方で、現象の面白さにも着目し、無味乾燥にならないよう工夫して書かれている。原子核構造の基礎となる独立粒子模型から話ははじまり、そこから最も簡単な殻模型計算である2核子の相関へとスムーズに進む。その話の中で年代測定に使われている炭素14を取り上げ、これがなぜ長寿命になるのかを波動関数の干渉を用いて説明した。こうした身近な現象に基づいたアプローチは類書では見られず、多くの読者の興味を惹きつけるだろう。
多くの原子核では多核子の相関を取り入れなくてはならず、それは大規模な数値計算を伴う。殻模型計算では通常、「ランチョス法」とよばれる数値対角化手法が用いられるが、その手法を適用可能な系は限られている。本書ではランチョス法とともに、その限界を超えることが可能な手法として、「モンテカルロ殻模型計算」について概説した。こうした量子多体系の計算手法は他の分野との類似点が多いことから、本書は初学者のみならず、物性物理や量子化学など広い分野の専門家にも訴求する内容を豊富に含んでいる。