Study of top quark physics based on the effective field theory as a window to new physics beyond the standard model
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21K03583
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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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 | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
大熊 一正 岡山理科大学, 基盤教育センター, 教授 (80367507)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長尾 桂子 岡山理科大学, 理学部, 講師 (90707986)
植田 高寛 順天堂大学, 医学部, 准教授 (50469871)
馬渡 健太郎 岩手大学, 教育学部, 准教授 (90814096)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
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| Keywords | トップクォーク / FCNC / レプトンコライダー / 有効場の理論 / 新物理探索 / 暗黒物質 |
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| Outline of Research at the Start |
物質を構成する最小単位である素粒子の振る舞いは，今日，標準模型と呼ばれる特殊相対性理論と量子力学からなる場の量子論に基づく模型によって，精度良く記述される．しかしながら，この模型は，宇宙における観測から，その存在が強く示唆されている暗黒物質を含んでいないため，拡張する必要がある．
そこで，本研究では，現在，人工的に作り出せ，その性質を観測可能な素粒子としては，最も重いトップクォークの生成過程に着目する．そして，その過程に寄与し得る標準模型の枠組みを超えた物理の観測可能性を理論的に可能な限り一般性を保ちつつ調査する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
トップクォークのFlavor-Changing Neutral Current（FCNC）に着目した研究を実施した．
トップクォークのFCNCは，Glashow-Iliopoulos-Maiani機構によって，素粒子物理学における標準模型の範囲では，厳しく制限され，今後，計画されている如何なる実験においてでも，観測される見込みは無い．しかしながら，もし，FCNCが実験で観測されることがあれば，それは直ちに標準模型を超える物理からのシグナルとなり，標準模型拡張への重要な手がかりとなる．このため，本研究では，主にInternational Linear Collider(ILC)を念頭に置き，標準模型のラグランジアンを一般的に拡張する標準模型有効場の理論を用い，トップクォークを含むFCNC由来の結合であるtqZ頂点補正型結合及びeetq接触型結合（q=u,c)の観測可能性及びそれらの結合定数への制限強化について議論した．特に，eetq接触型結合は，稼働中のLarge Hadron Collider（LHC）では，その観測に関する報告がなく，既に終了しているLarge Electron-Positron （LEP） collider からの制限が現在でも最も厳しく，その制限強化をILCで試みることは興味深い．
この背景より，FCNCがもしあれば，ILCでは，簡単なダイアグラムで記述できるe+ e- → t q-bar過程から，eetq接触型結合への制限がどの程度まで改善できるかを調べた.このとき，tqZ頂点補正型結合は，LHCによる厳しい制限が存在するが，ここで注目している過程に寄与する可能性がある．そこで，ILCでは，衝突させる電子と陽電子の偏極が可能であることを利用し，Z粒子の生成を抑制し，tqZ頂点補正結合の寄与を減少させ，eetq接触型結合を効果的に制限付ける方法を探った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本務大学での職位が上がり，管理運営に関係する業務が増え，それらが慣れない業務であったこともあり，研究に集中利用できる時間が減少した．このことが1番の理由であると考えている.また，研究を進める過程で，先行研究の調査から，計画当初は，想定していなかった，標準模型の寄与も無視できない範囲で起こる可能性があることが分かり，その寄与の扱いについての検討に時間を要したことも，遅れの原因といえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
ILCを想定した場合，衝突させる電子と陽電子の偏極が利用できる．この偏極を利用して，今回，最も扱いたいeetq接触結合に起因する事象と背景事象とを区別し，効果的にeetq接触結合に対する制限を与える目処が立った。そこで，今後は，シミレーションソフトを用いて，観測装置の特性も考慮した，より具体的かつ詳しい解析を実施し，eetq接触結合の制限方法を提案する予定である．さらに，ILCで得た見識を利用し，eetq接触結合をLHCで制限する方法に関しても，研究を展開したい．
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Report
(3 results)
Research Products
(18 results)
