Exploring the origin of the dark matter through the Higgs sector

• Project/Area Number: 18K03655
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 倉知 昌史 慶應義塾大学, 自然科学研究教育センター(日吉), 訪問研究員 (00464206)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
• Keywords: 暗黒物質 / 電弱スキルミオン / ヒッグスセクター / スキルミオン

Outline of Annual Research Achievements

本課題では、ウィークゲージボソンの4点結合の値が標準模型の値からずれていた場合、ヒッグス場が空間的に広がりを持った非自明な配位（電弱スキルミオン）を持つことができるという事実に注目し、それがこの宇宙をみたす暗黒物質の正体であるとするシナリオについて発展的な研究を遂行した。

電弱ゲージ場が存在しない場合には電弱スキルミオンはトポロジカルに安定だが、電弱ゲージ場が存在すると、スファレロン過程と呼ばれるプロセスを通じてクォークやレプトンといった通常の物質と相互作用することが知られている。この事実に着目し、暗黒物質の候補としての電弱スキルミオンが具体的な初期宇宙の進化の過程で通常の物質とどのような相互作用をするか、現実的な残存量を再現できるかについて、定性的、および定量的な評価を行なった。昨年度から本年度にかけて、関連する他の素粒子現象論についても議論を開始した。また、本研究課題にとって鍵となるウィークゲージボソンの4点結合の値の測定方法に関する考察も開始した。現在のところ、ウィークゲージボソンの4点結合は Large Hadron Collider（LHC）におけるウィークゲージボソン散乱の測定を通じてその値の上限が得られているのみであるが、本課題ではInternational Linear Collider（ILC）のような電子 - 陽電子線形加速器による結合定数測定の可能性について議論を行っている。

本研究課題最終年度である本年度は、以上の結果を論文にまとめて発表するための論文執筆作業を行なった。

Research Products

• [Journal Article] Dynamics of Nambu monopole in two Higgs doublet models. Cosmological Monopole Collider (2020)
  • Author(s): Minoru Eto, Yu Hamada, Masafumi Kurachi, Muneto Nitta
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 7,4 Issue: 7 Pages: 1-39
  • DOI: 10.1007/jhep07(2020)004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Topological Nambu monopole in two Higgs doublet models (2020)
  • Author(s): Minoru Eto, Yu Hamada, Masafumi Kurachi, Muneto Nitta
  • Journal Title: Phys.Lett. B Volume: 802 Pages: 1352201-7
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135220
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Topological defects in the Georgi-Machacek model (2018)
  • Author(s): Chatterjee Chandrasekar、Kurachi Masafumi、Nitta Muneto
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 97 Issue: 11 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.115010
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Constraints on two Higgs doublet models from domain walls (2018)
  • Author(s): Eto Minoru、Kurachi Masafumi、Nitta Muneto
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 785 Pages: 447-453
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2018.09.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Non-Abelian strings and domain walls in two Higgs doublet models (2018)
  • Author(s): Eto Minoru、Kurachi Masafumi、Nitta Muneto
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2018 Issue: 8 Pages: 1-36
  • DOI: 10.1007/jhep08(2018)195
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] トポロジカルソリトンとその現象論への応用 (2019)
  • Author(s): 倉知昌史
  • Organizer: 原子核三者若手夏の学校2019
  • Invited
• [Presentation] Effect of explicit CP violation on domain walls in two Higgs doublet models (2019)
  • Author(s): 倉知昌史
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] Non-Abelian Vortices and Domain Walls in Two Higgs Doublet Models (2018)
  • Author(s): 倉知昌史
  • Organizer: Workshop on Multi-Higgs Models
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Topological objects in the Higgs sector (2018)
  • Author(s): 倉知昌史
  • Organizer: Higgs Coupling 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Electroweak-Skyrmion as an Asymmetric Dark Matter Candidate (2018)
  • Author(s): 倉知昌史
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] Review of Topological Defects from Higgs Physics (+ recent works) (2018)
  • Author(s): 倉知昌史
  • Organizer: New Higgs Working Group “新ヒッグス勉強会”
  • Invited