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標準理論の起源の探究に基づく標準理論の背後と彼方にある物理法則の解明

Research Project

Project/Area Number 22K03632
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 InstitutionShinshu University

Principal Investigator

川村 嘉春  信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (10224859)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2026: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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)
Keywords湯川結合 / 質量階層性 / フレーバー混合 / 創発性 / 沼地予想 / 余剰次元 / オービフォールド / ゲージ理論 / ウィルソンライン位相 / ゲージ同値類 / 超対称性 / 力の統一 / フレーバー対称性
Outline of Research at the Start

素粒子の標準理論には様々な謎「なぜ、3種類のゲージ対称性を含むのか。なぜ、3世代の物質粒子が存在するのか。電弱スケールはどのように決まるのか。また、暗黒物質やインフラトンの正体は何か。」が残されていて、素粒子の基礎理論とは言い難い。これらの謎の解明と標準理論を超える物理法則の発見は最重要課題の一つである。本研究では時空および素粒子に関する従来の概念(超対称性、力の統一、余剰次元)の再検討、新しい概念の導入、必然性の追求などを通して、標準理論の枠組みの起源の解明、枠組みの拡張による暗黒物質やインフラトンの正体の解明、および標準理論を超える基礎理論の構築と基本的な構成要素の探求を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

素粒子の標準理論を超える理論を探究するために、標準理論の謎に着目することが常套手段である。
本研究では、「クォークの質量較差の起源は何か?」と「クォークのフレーバー混合の起源は何か?」に着目し、「創発性の提案(Emergence Proposal)」に基づいて、クォークの質量較差やフレーバー混合が説明できるかどうか調べた。ここで、創発性の提案とは「沼地予想」の1つで、「量子重力が支配的となる高エネルギー領域において、軽い粒子(標準理論のクォークやレプトンやゲージ粒子)は運動項をもたないが、重い粒子の寄与により、低エネルギー領域で軽い粒子の運動項が生成される。」という予想である。
本研究で得られた結果として、高エネルギーでクォークが「正準型の湯川相互作用項」を有し、「運動項」をもたないような作用積分から出発して、カルーツァ・クライン粒子とよばれる重い粒子たちによる量子補正を取り込むことにより、クォークが低エネルギー領域で非正準型の運動項をもつことがわかった。ここで、正準型の湯川相互作用項とは、湯川結合行列が単位行列であるような特殊な形のもので、運動項が存在しない場合は、クォーク場の再定義により実現される。そして、クォーク場にさらなる再定義を施すことにより、生成された非正準型の運動項を正準型に変えることができて、それに伴い正準型の湯川相互作用項が現実的な質量較差とフレーバー混合を有する形に変わることがわかった。この機構において、クォーク間の大きな質量較差はカルーツァ・クライン粒子間の比較的小さな質量較差に起因することが示された。また、このような特徴はレプトンセクターにも存在する可能性があり、レプトンの関するフレーバー構造の理解にも役立つと考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実績の概要で述べた内容を含む学術論文を作成し、学術雑誌に掲載された。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、素粒子の標準理論の枠組みの起源(基本粒子の起源、電弱対称性とその破れの起源、湯川相互作用の起源、ゲージ相互作用の起源、運動項の起源など)を探究する。具体的には、超弦理論から導かれる4次元弦模型や沼地予想などから得られる知見をヒントにして、標準理論の謎の解明に挑む。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Flavor structure from ' canonical' Yukawa interactions and 'emergent' kinetic terms2023

    • Author(s)
      Kawamura Yoshiharu
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2023 093B02 Issue: 9 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad105

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] On representation matrices of boundary conditions in SU(n) gauge theories compactified on two-dimensional orbifolds2023

    • Author(s)
      Kawamura Yoshiharu、Kodaira Eiji、Kojima Kentaro、Yamashita Toshifumi
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2023 Issue: 4 Pages: 1-55

    • DOI

      10.1007/jhep04(2023)113

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 2次元オービフォールド上のゲージ理論の境界条件に関する表現行列について2023

    • Author(s)
      小平英治、川村嘉春、小島健太郎、山下敏史
    • Organizer
      素粒子現象論研究会2022(大阪公立大学)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 2次元オービフォールド上のゲージ理論の境界条件に関する表現行列について2022

    • Author(s)
      小平英治、川村嘉春、小島健太郎、山下敏史
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会(岡山理科大学)
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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