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新たなゲージ対称性に基づいた第五の力を持つ素粒子模型の探究

Research Project

Project/Area Number 22KJ0556
Project/Area Number (Other) 21J20421 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

中山 悠平  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords暗黒物質 / 超対称性 / 加速器実験 / 素粒子論 / 宇宙論 / 標準模型を超えた物理
Outline of Research at the Start

本研究は、我々の知らない「隠れた」対称性を含む理論の可能性を多角的に探ることを目的とする。この「隠れた」対称性が局所的でかつ自発的に破れている場合には、理論に暗黒Higgs粒子および暗黒光子と呼ばれる新粒子が現れる。これらの新粒子は、ビッグバン元素合成や宇宙背景放射といった初期宇宙の物理に影響を及ぼすほか、今後行われる地上実験においても興味深いシグナルをもたらす可能性がある。本研究ではこうした宇宙論と地上実験の観点から「隠れた」局所対称性を探ってゆく。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は昨年度に引き続き, 隠れたセクターに存在する荷電粒子の暗黒物質への崩壊率の精密化の研究に取り組んだ. 隠れたセクター中の荷電粒子と暗黒物質の間の質量差が比較的大きく1 GeV程度に達する系も, 加速器実験において重要な探索対象である. その典型的な例として超対称性のある理論に現れるHiggsinoが挙げられる. そこで今年度は, 昨年度行ったWinoの崩壊率に関する研究をHiggsinoの場合に拡張することを試みた.
質量差が1 GeV程度に達する場合には, single pion modeの解析だけでは不十分で, multi-meson modeについても推定を与える必要がある. 特に質量差が1 GeV付近のmulti-meson modeは, カイラル摂動論が使えるほど低エネルギーではないが, 演算子的展開等の摂動論的QCDを適用できるほど高エネルギーでもなく, そもそもどのように推定すれば良いかが明らかでない.加えて, 全てのweak decay modeについて, 輻射補正を計算しない限り崩壊率は10%以上の誤差を持っている. そこで, 1. Multi-meson modeにおけるstrong dynamics効果の推定, 2. Leptonic modeに対する1次の輻射補正の計算, 3. Higgsinoのsingle pion modeの計算, 4. Higgsino崩壊を導く4点Fermi相互作用に対する電弱相互作用由来の短距離補正の計算, について研究を行った.
その結果, 質量差が約1 GeV以下のHiggsinoに対し, Higgsinoの全崩壊率を1%以下の精度で予言することに成功した. 以上の結果はJHEP03(2024)012として出版済である.

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Precise estimate of charged Higgsino/Wino decay rate2024

    • Author(s)
      Masahiro Ibe, Yuhei Nakayama, Satoshi Shirai
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2024 Issue: 3 Pages: 012-012

    • DOI

      10.1007/jhep03(2024)012

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Revisiting metastable cosmic string breaking2024

    • Author(s)
      Chitose Akifumi、Ibe Masahiro、Nakayama Yuhei、Shirai Satoshi、Watanabe Keiichi
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2024 Issue: 4 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1007/jhep04(2024)068

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Precise estimate of charged Wino decay rate2023

    • Author(s)
      Ibe Masahiro、Mishima Masataka、Nakayama Yuhei、Shirai Satoshi
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2023 Issue: 1 Pages: 1-51

    • DOI

      10.1007/jhep01(2023)017

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cosmological constraints on dark scalar2022

    • Author(s)
      Masahiro Ibe, Shin Kobayashi, Yuhei Nakayama, and Satoshi Shirai
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics volume

      Volume: 03 Issue: 3 Pages: 198-198

    • DOI

      10.1007/jhep03(2022)198

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Precise Estimate of Chargino Decay2024

    • Author(s)
      Yuhei Nakayama
    • Organizer
      SUSY 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Precise estimate of chargino decay2024

    • Author(s)
      Yuhei Nakayama
    • Organizer
      Dark Matter Studies in Accelerator Physics
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cosmological Constraints on MeV-scale New Mediators2022

    • Author(s)
      Yuhei Nakayama
    • Organizer
      Physics in LHC and Beyond
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cosmological Constraints on MeV-scale New Mediators2022

    • Author(s)
      Yuhei Nakayama
    • Organizer
      Planck 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Precise Estimate of Charged Wino Decay Rate2022

    • Author(s)
      Yuhei Nakayama
    • Organizer
      Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrino
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ゲージ1重項ダークスカラーのニュートリノ有効世代数による制限2022

    • Author(s)
      中山 悠平
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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