低スケールＧａｕｇｅ Ｍｅｄｉａｔｉｏｎの探索

• Project/Area Number: 16J03307
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 福田 朝 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 超対称性 / ダークマター / Peccei-Quinn機構

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究を踏まえ、本年度では宇宙論的な制限から超対称性に直接の制限をつけることを目指した。具体的には、超対称ダークマターを考えることで、超対称粒子の質量に上限をつけることを目標とした。最小超対称標準模型においては、陽子の安定性を損なわないため、また大きすぎるニュートリノの質量を抑制するため、一般にR-parityと呼ばれるZ2対称性が課される。このR-parityの下、通常の粒子は正のパリティを持ち、超対称粒子は負のパリティを持つ。そのため、最軽量超対称粒子は標準模型の粒子に崩壊することができず、安定となる。したがって、宇宙の温度がかつて十分高かったことを要求すれば、この最軽量超対称粒子は今でも宇宙に残っていることになる。すなわち、最軽量超対称粒子は宇宙のダークマターである。
このとき、最軽量超対称粒子の残存量は、Thermal freeze-outと呼ばれる機構で決定される。Thermal freeze-outでは、最軽量超対称粒子の対消滅断面積に反比例した形でダークマターの残存量が与えられる。もし残存量が現在のダークマターの量より少なければ、余分なダークマターを非熱的に作ればよいが、多すぎると宇宙全体を薄めなければならず、最小超対称標準模型の枠内では解決できない。一般に質量が重ければ重いほど対消滅断面積は小さくなるので、残存量が多すぎないということを要求すれば、最軽量超対称粒子の質量に上限がつく。我々は、QCDの非摂動効果を用いることで、最軽量超対称粒子の質量が数100TeV程度まで重くなりうることを示し、論文誌に発表した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Direct detection of ultralight dark matter via astronomical ephemeris (2019)
  • Author(s): Fukuda Hajime、Matsumoto Shigeki、Yanagida Tsutomu T.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 789 Pages: 220-227
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2018.12.038
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phenomenological consequences of the refined swampland conjecture (2019)
  • Author(s): Fukuda Hajime、Saito Ryo、Shirai Satoshi、Yamazaki Masahito
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 99 Issue: 8 Pages: 083520-083520
  • DOI: 10.1103/physrevd.99.083520
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] How heavy can neutralino dark matter be? (2019)
  • Author(s): Fukuda Hajime、Luo Feng、Shirai Satoshi
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2019 Issue: 4 Pages: 107-107
  • DOI: 10.1007/jhep04(2019)107
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gauged Peccei-Quinn symmetry - A case of simultaneous breaking of SUSY and PQ symmetry (2018)
  • Author(s): Fukuda Hajime、Ibe Masahiro、Suzuki Motoo、Yanagida Tsutomu T.
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2018 Issue: 7 Pages: 128-128
  • DOI: 10.1007/jhep07(2018)128
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Higgsino Dark Matter or Not: Role of Disappearing Track Searches at the LHC and Future Colliders (2018)
  • Author(s): H. Fukuda, N. Nagata, H. Otono, S. Shirai
  • Journal Title: Physics Letters Volume: B781 Pages: 306-311
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2018.03.088
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A “gauged” U (1) Peccei?Quinn symmetry (2017)
  • Author(s): Fukuda Hajime、Ibe Masahiro、Suzuki Motoo、Yanagida Tsutomu T.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 771 Pages: 327-331
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2017.05.071
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dark Matter Candidates in a Visible Heavy QCD Axion Model (2017)
  • Author(s): Hajime Fukuda Masahiro Ibe Tsutomu T. Yanagida
  • Journal Title: Phys. Rev. D Volume: 印刷中
• [Journal Article] Cracking Down on Fake Photons - A Case of 750 GeV Diphoton Resonance - (2017)
  • Author(s): Hajime Fukuda, Masahiro Ibe, Osamu Jinnouchi, Mihoko Nojiri
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 2017 Issue: 3 Pages: 1-21
  • DOI: 10.1093/ptep/ptx019
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Collider search for minimal dark matter (2018)
  • Author(s): Hajime Fukuda
  • Organizer: SUSY 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Direct detection of ultralight dark matter via astronomical ephemeris (2018)
  • Author(s): Hajime Fukuda
  • Organizer: Pacific 2018.9
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Novel Method for Detecting Ultralight Dark Matter (2017)
  • Author(s): Hajime Fukuda
  • Organizer: PASCOS 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Disappearing Track Searches at the LHC and Future Colliders (2017)
  • Author(s): Hajime Fukuda
  • Organizer: SUSY 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Model of Heavy QCD Axion and the LHC Signature (2016)
  • Author(s): Hajime Fukuda
  • Organizer: PASCOS 2016
  • Place of Presentation: Quy Nhon, Vietnam
  • Year and Date: 2016-06-10
  • Int'l Joint Research