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Study of top quark physics based on the effective field theory as a window to new physics beyond the standard model

Research Project

Project/Area Number 21K03583
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionOkayama University of Science

Principal Investigator

大熊 一正  岡山理科大学, 基盤教育センター, 教授 (80367507)

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)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
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)
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
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.

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.

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.

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.

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 8 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Additional moments and x-space approximations of four-loop splitting functions in QCD2024

    • Author(s)
      Moch S.、Ruijl B.、Ueda T.、Vermaseren J.、Vogt A.
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 849 Pages: 138468-138468

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2024.138468

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quantum information and CP measurement in H → τ + τ - at future lepton colliders2023

    • Author(s)
      Altakach Mohammad Mahdi、Lamba Priyanka、Maltoni Fabio、Mawatari Kentarou、Sakurai Kazuki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 107 Issue: 9 Pages: 093002-093002

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.093002

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Helicity amplitudes without gauge cancellation for electroweak processes2023

    • Author(s)
      Chen Junmou、Hagiwara Kaoru、Kanzaki Junichi、Mawatari Kentarou
    • Journal Title

      The European Physical Journal C

      Volume: 83 Issue: 10

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-023-12093-7

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Directional direct detection of light dark matter up-scattered by cosmic rays from direction of the Galactic center2023

    • Author(s)
      Nagao Keiko I.、Higashino Satoshi、Naka Tatsuhiro、Miuchi Kentaro
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 7 Issue: 07 Pages: 061-061

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2023/07/061

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Neutrinophilic dark matter annihilation in a model with U(1)_{L_\mu-L_\tau} \times U(1)_H gauge symmetry2023

    • Author(s)
      Nagao I. Keiko、Nomura Takaaki、Okada Hiroshi、Shimomura Takashi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Issue: 5 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.055032

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A model explaining the new CDF II W boson mass linking to muon $g-2$ and dark matter2023

    • Author(s)
      Nagao Keiko I.、Nomura Takaaki、Okada Hiroshi
    • Journal Title

      The European Physical Journal Plus

      Volume: 138 Issue: 4

    • DOI

      10.1140/epjp/s13360-023-03992-5

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nucleon D-term in holographic quantum chromodynamics2022

    • Author(s)
      Fujita Mitsutoshi、Hatta Yoshitaka、Sugimoto Shigeki、Ueda Takahiro
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2022 Issue: 9

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac110

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Modular A_4 symmetry and light dark matter with gauged U(1)_{B-L}2022

    • Author(s)
      Nagao I. Keiko、Okada Hiroshi
    • Journal Title

      Physics of the Dark Universe

      Volume: 2022 Pages: 101039-101039

    • DOI

      10.1016/j.dark.2022.101039

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Alternative gauged U(1)R symmetric model in light of the CDF II W-boson mass anomaly2022

    • Author(s)
      Nagao Keiko I.、Nomura Takaaki、Okada Hiroshi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Issue: 11

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.115011

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Low moments of the four-loop splitting functions in QCD2022

    • Author(s)
      Moch S.、Ruijl B.、Ueda T.、Vermaseren J.A.M.、Vogt A.
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 825 Pages: 136853-136853

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2021.136853

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Higgs triplet extension of GRACE2022

    • Author(s)
      Kouda Yusaku、Kon Tadashi、Kurihara Yoshimasa、Ueda Takahiro
    • Journal Title

      The European Physical Journal C

      Volume: 82 Issue: 2 Pages: 148-148

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-021-09903-1

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Neutrino and dark matter in a gauged U(1)_R symmetry2021

    • Author(s)
      Nagao I. Keiko、Okada Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2021 Issue: 05 Pages: 063-063

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/05/063

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Physics cases by direction sensitive dark matter searches2024

    • Author(s)
      Keiko Nagao
    • Organizer
      Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics 2024
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Directional Detection of Cosmic Ray Boosted Dark Matter2024

    • Author(s)
      Keiko Nagao
    • Organizer
      The 15th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2024)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The SMEFT approach for top FCNC searches2023

    • Author(s)
      Kazumasa Ohkuma
    • Organizer
      Key Interactions Bound for the Invisibles 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Directional detection of boosted dark matter from direction of the Galactic center2023

    • Author(s)
      Keiko Nagao
    • Organizer
      XV International Conference on Gravitation, Astrophysics and Cosmology (ICGAC15)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Directional detection of dark matter boosted by cosmic rays from direction of the Galactic center2023

    • Author(s)
      Keiko Nagao
    • Organizer
      the Dark Side of the Universe (DSU2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 銀河中心方向から飛来する 加速された暗黒物質の検出とその方向分布2023

    • Author(s)
      長尾桂子、東野聡、中竜大、身内賢太朗
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会(2023年)
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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