Determining the structure of the Higgs sector by precisely evaluating constraints of perturbative unitarity
| Project/Area Number |
20K14474
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Nihon University (2021-2022)
Kitakyushu National College of Technology (2020) |
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Principal Investigator |
菊地 真吏子 日本大学, 工学部, 助教 (20824642)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | ヒッグスポテンシャル / 付加的ヒッグスボソン / 量子効果 / 理論的制限 / 素粒子現象論 / ヒッグスセクター / 新物理模型 / 摂動ユニタリティ / 高次補正計算 |
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| Outline of Research at the Start |
実験値との照合でボトムアップ的にヒッグスセクターを決定する方法では、精密測定実験、ヒッグス崩壊過程の精密理論計算、理論的制限の高精度評価が必要不可欠である。本研究では、有力な新物理模型において理論的制限（摂動ユニタリティ）を高精度で評価する計算を完成させプログラムコードを作成する。そして、現在公開されているヒッグス粒子過程精密計算プログラムと結合させ、将来の精密測定との照合によりヒッグス構造を決定するための理論的準備を整える。また、完成したプログラムコードを用いて「ヒッグス場の数」と「理論の対称性」を決める方法を研究し、ヒッグスセクターの構造決定、標準理論を超えた新物理理論解明に迫る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は、有力な拡張ヒッグスモデルのすべての付加的ヒッグス粒子（CP対称性偶のヒッグス粒子、CP対称性奇のヒッグス粒子、荷電ヒッグス粒子）のすべての崩壊モードを電弱量子補正とQCD補正の効果を含めて理論計算し、その数値計算のプログラム群を作成する工程を行った。対象としたモデルは、アイソスピン２重項スカラー場２つで構成されるモデル「Two Higgs doublet model (THDM)」、付加的離散対称性について奇電荷を持つ２重項スカラー場１つが追加されているモデル「Inert Doublet model(IDM)」、アイソスピン１重項スカラー場が１つ追加されているモデル「Higgs Singlet model (HSM)」である。特にスカラー粒子が２つのスカラー粒子に崩壊する過程では、３種類の繰り込みスキームでの計算を取り入れ解析的公式を導出し、数値計算コードに組み込んだ。また、IDMは最も軽い離散対称性奇のスカラー粒子が暗黒物質候補になり得るため、発見された125GeVヒッグス粒子がその暗黒物質候補に崩壊する過程（invisible崩壊）についても計算した。また、すべてのモデルの解析において理論的制限（摂動ユニタリティ、真空安定性からの制限）を評価できるようにプログラムを作成した。プログラム群については令和５年度中に完成させ、素粒子物理学のコミュニティに向けて公開予定である。本研究の段階的な結果について、日本物理学会2022年秋季大会、国際会議「Physics in LHC and Beyond」にて成果発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和4年度は、有力な拡張ヒッグスモデルのすべての付加的ヒッグスボソンのすべての崩壊モードを電弱量子補正とQCD補正の効果を含めて理論計算し、その数値計算のプログラム群を作成した。当初は繰り込み計算において先行研究の計算スキームを採用する予定であったが、複数の繰り込みスキームが考えられることに注目し、新しい繰り込みスキームでの計算を追加した。複数の計算スキームの結果を比較できるという点でプログラム群は当初予定されていたものから改良されたが、研究の工程としてはやや遅れることとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度から行っている付加的ヒッグス粒子の崩壊分岐比計算プログラム群を完成させ、素粒子物理学研究分野のコミュニティに向けて公開する。また、そのプログラム群のマニュアル論文を執筆する。完成したプログラム群を用いて、先行研究（Nuclear Physics B 966 (2021) 115375）で解析している高輝度LHC実験での付加的ヒッグス粒子の探索領域を、電弱量子補正とQCD補正を含めて再評価する。その際、LHC実験やフレーバー実験の最新結果からの制限も考慮する。THDMだけではなく、HSM、IDMでも同様に付加的ヒッグス粒子の高輝度LHCでの探索領域を解析し、それらの結果を論文にまとめる。
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Report
(3 results)
Research Products
(5 results)
