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Exploring the fundamental particle model by searching for lepton flavor violating processes

Research Project

Project/Area Number 22K03638
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 InstitutionHosei University (2023)
Yokohama National University (2022)

Principal Investigator

山中 真人  法政大学, 理工学部, 助手 (70585992)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 佐藤 丈  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60322294)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywordsレプトンフレーバーの破れ / 深非弾性散乱 / 標準模型を超える素粒子模型 / ミューオン / 真ミューオニウム / ヒッグス粒子 / ミューオン-電子転換 / 標準模型を超える新物理
Outline of Research at the Start

素粒子標準模型を超える新模型として、トップクォークやタウレプトンといった第3世代粒子と強く繋がる模型が盛んに論じられている。LHCや暗黒物質検出実験だけではこういった模型のパラメーター空間を“張る”だけの独立な測定値は得られない。そこで、実験探索が今後活発化するレプトンフレーバーの破れ(LFV)に注目する。本研究では、現実的パートン描像やミューオン原子内部の波動関数構築を精確に組み入れながら、LFVを伴う深非弾性散乱やミューオン原子内にて起こるLFV過程を丁寧に定式化・考察し、第3世代粒子と強く繋がる模型の検証手段として確立させる。

Outline of Annual Research Achievements

本課題はレプトンフレーバー非保存過程をプローブとして、根源的素粒子模型の検証を目指しています。2022年度、海クォーク数の保存、及び、海クォーク質量を取り入れたレプトンフレーバーを破る深非弾性散乱断面積の定式化を行ない、論文の形で成果を発表しました。2023年度は、この成果を基に、加速器実験におけるレプトンフレーバー非保存深非弾性散乱測定から、どういった観測量を通じて、どのパラメーターを探り出せるかを検討しました。レプトンフレーバーの破れをもたらす演算子がスカラー型か、グルーオンを介した演算子か、フォトン双極子型演算子かを判別できる特徴的観測量を見出したことにより、レプトンフレーバー非保存演算子に対する探査力は大幅に高まりました。また、レプトンフレーバー非保存演算子を擁する代表的素粒子模型を例に、加速器実験におけるレプトンフレーバー非保存深非弾性散乱のシグナル数を評価し、近未来の実験における検証可能性の高さを定量的に示しました。これらの成果は国際研究会等で何度か発表を行なっており、その際に交わされた議論・質問なども取り入れながら、近々論文として発表予定です。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2023年度、加速器実験におけるレプトンフレーバー非保存深非弾性散乱の特徴的シグナルの検討、及び、その反応率算出を行ないました。これは、本課題の目的であるレプトンフレーバー非保存演算子の特定に対し、重要かつ新規的成果となります。また、2023年度、真ミューオニウムに注目したレプトンフレーバーを破る新奇過程の探索に着手しました。レプトンフレーバー非保存演算子は、数多くのレプトンフレーバー非保存過程を検証し、その性質を明らかにすることができます。そういった事情を鑑みると、この新奇過程の考案、並びに、反応率算出は分野全体にとって価値ある進展となります。

Strategy for Future Research Activity

[研究実績の概要]に記した成果を早急にまとめあげ、論文の形で発表します。また、それと並行し、ミューオン原子内におけるミューオンの放射性崩壊(μ-->e+γ)、及び、上述の真ミューオニウムを起点とするレプトンフレーバー非保存過程の研究を進めます。これらの成果を組み合わせることで、より確かな精度でレプトンフレーバー非保存演算子の特定、並びに、その大きさの決定を目指します。

Report

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

    (22 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 7 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Montpellier University(フランス)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] Model building by coset space dimensional reduction scheme using eight-dimensional coset spaces2023

    • Author(s)
      Asai Kento、Sato Joe、Suda Ryosuke、Takanishi Yasutaka、Yang Masaki J. S.
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2023 Issue: 11

    • DOI

      10.1007/jhep11(2023)213

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Charged lepton flavor violation associated with heavy quark production in deep inelastic lepton-nucleon scattering via scalar exchange2022

    • Author(s)
      Kiyo Yuichiro、Takeuchi Michihisa、Uesaka Yuichi、Yamanaka Masato
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2022 Issue: 4 Pages: 1-37

    • DOI

      10.1007/jhep04(2022)044

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Asymmetric Mediator in Scotogenic Model2022

    • Author(s)
      K. Asai, Y. Sakai, J. Sato, Y. Takanishi, M. Yamanaka
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 836 Pages: 137627-137627

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2022.137627

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Revisit the relic density of Higgs-portal dark matter2024

    • Author(s)
      M. Yamanaka
    • Organizer
      What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SO(10)×U(1)_A大統一理論における熱的レプトン数生成2024

    • Author(s)
      柴田啓伊, 前川展祐, 山中真人
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Search for μ^- --> e^- and μ^- --> e^+ in muonic atoms2023

    • Author(s)
      M. Yamanaka
    • Organizer
      40th COMET Collaboration Meeting & Integration Workshop
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Charged lepton flavor violation for a probe to the neutrino masses and their hierarchy2023

    • Author(s)
      M. Yamanaka
    • Organizer
      The 24th International Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFACT 2023)
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Impact of Higgsplosion on relic density of dark matter2023

    • Author(s)
      M. Yamanaka
    • Organizer
      International Conference on Particle Physics and Cosmology
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Revisit the relic density of Higgs-portal dark matter2023

    • Author(s)
      M. Yamanaka
    • Organizer
      KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology (KEK-PH2023)
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 軌道ミューオンのμ- → e-γ崩壊を用いた2光子有効相互作用探索2023

    • Author(s)
      上坂優一, Sacha Davidson, 久野良孝, 山中真人
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Asymmetric Mediator in Scotogenic Model2023

    • Author(s)
      J. Sato
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      The Dark Side of the Universe 2023
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Asymmetric Mediator in Scotogenic Model2023

    • Author(s)
      J. Sato
    • Organizer
      KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology (KEK-PH2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レプトンフレーバーの破れを伴う深非弾性散乱の断面積定式化2023

    • Author(s)
      山中真人
    • Organizer
      素粒子現象論研究会2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Search for lepton flavor violation at the Subaru Telescope2022

    • Author(s)
      M. Yamanaka
    • Organizer
      2nd workshop: Multimessenger Study of Heavy Dark Matter
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] レプトンフレーバーを破るレプトン-核子散乱の高精度定式化による新物理探索2022

    • Author(s)
      山中真人, 清裕一郎, 竹内道久, 上坂優一
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Thermal relic density of super heavy dark matter2022

    • Author(s)
      M. Yamanaka
    • Organizer
      The 8th Quantum Science symposium
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Charged lepton flavor violation for a probe to the origin of neutrino mass2022

    • Author(s)
      M. Yamanaka
    • Organizer
      Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrino
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] レプトンフレーバーを破るレプトン-核子散乱の高精度定式化による新物理探索2022

    • Author(s)
      山中真人
    • Organizer
      Flavor Physics Workshop 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] レプトンフレーバー非保存深非弾性散乱の再定式化2022

    • Author(s)
      山中真人
    • Organizer
      MIE Meeting of Quantum Science 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Lepton flavor violating deep-inelastic scattering by (pseudo-)scalar mediator2022

    • Author(s)
      M. Yamanaka
    • Organizer
      KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology (KEK-PH2022)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Quantum Science: The Frontier of Physics and Chemistry2022

    • Author(s)
      D. Che, Y. Haga, M. Hedo, T. Kasai, V. K. Khersonsky, K. Lin, J. M. L. Martin, B. Muthiah, T. Nakama, M. Nakamura, T. Onishi, Y. Onuki, E. V. Orlenko, F. E. Orlenko, F. Palazzetti, J. Sato, R. Settai, Y. Takanishi, T. Takeuchi, P. Tsai, M. Yamanaka
    • Total Pages
      522
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      9811944202
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

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

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