フレーバー物理におけるアノマリーから探る新物理の理論研究

Research Project

Project/Area Number	20K03947
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	Nagoya University
Principal Investigator	戸部和弘名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (20451510)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000) Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords	フレーバー物理 / B中間子崩壊 / フレーバーアノマリー / レプトクォーク / 標準模型を超える物理
Outline of Research at the Start	B中間子の幾つかの崩壊現象で報告されている食い違い（アノマリー）を説明する新物理の候補として、レプトンとクォーク両方と結合するレプトクォークを含む理論がある。このような理論は、我々が今まで研究してきたミュー粒子異常磁気能率にも大きな効果を及ぼすものもあり、B中間子崩壊のアノマリーとミュー粒子異常磁気能率のアノマリーを複数同時に説明できるレプトクォークの理論は可能なのかを、本研究では明らかにしようとする。こうしたアノマリーを手がかりにした模型構築及びその現象論的解析から、レプトクォークを含む理論で、より統一性を持った素粒子理論を構築出来るのかを研究する。
Outline of Annual Research Achievements	今年度は、B中間子の崩壊現象で報告されている素粒子標準模型の予言値との食い違い（アノマリー）について主に研究した。以前のLHCb実験の結果ではB→K()ll崩壊で終状態のレプトン"l"がμ粒子の時と電子の時の崩壊率の比の測定値にアノマリーがあることが指摘されていたが、LHCb実験の最新の結果ではこのアノマリーはなくなった。しかしB→K()μμ崩壊の角度観測量などに依然アノマリーがあることが指摘されている。また新たにBelle II実験によってB→Kννの測定が進み、データ量が少ないためまだこの過程の発見とまではいかない状況であるが、その測定値が標準理論の予言値と食い違っている傾向があることが指摘されている。一方で、B→D()lν崩壊では、依然としてアノマリーがある状況である。このような実験の状況を考慮して、理論的にも新物理の解釈をもう一度見直してみる必要がある。よって具体的な模型で、現在指摘されているアノマリーを（同時に）説明できるのか、またその時他の現象に何か予言はあるのか、を調べることは重要である。今年度は、修士２年の学生の太田駿太くんとR2スカラーレプトクォーク模型でこれらの現象について調べた。R2スカラーレプトクォークはtree levelの寄与でB→D()lν崩壊のアノマリーを説明できる可能性が指摘されているが、その時、R2スカラーレプトクォークのループレベルの寄与でB→KννやB→K()ll崩壊に寄与がある。B→Kννへの寄与は、現在指摘されている食い違いとは逆の向きの効果になりこの過程のアノマリーは説明できないが、その効果は非常に小さいので現状では大きな問題ではないことがわかった。またB→K()ll崩壊ではレプトクォークのループの寄与に対数の増大があり得ることがわかり、現在この効果でどれほど崩壊率が変わり得るかの詳細を調べているところである。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 研究計画を立てた当初と実験結果の状況が変化したが、依然として幾つかのB中間子の崩壊現象などに実験結果と素粒子標準理論の予言値との間に食い違い（アノマリー）が指摘されている。実験結果の変化に応じて理論も見直す必要があるが、レプトクォーク模型は依然としてこれらのアノマリー（の幾つか）を説明し得る模型として、非常に興味深い可能性である。よって引き続きさまざまなレプトクォーク模型を解析する研究計画は変わらない。
Strategy for Future Research Activity	B中間子の崩壊現象の幾つかに指摘されているアノマリーは標準模型を超える理論の非常に重要なヒントになり得るものである。実験の状況は少し変わったので、理論も少し見直す必要がある。特にさまざまなレプトクォークの模型で、B→D(*)lν崩壊のアノマリーを説明しようとした時、他にアノマリーが指摘されている崩壊過程などにループ過程でどれほどの寄与があるのかを明らかにしたい。