長寿命荷電粒子と原子核の反応をプローブにした標準模型を超える模型の解明

• Project/Area Number: 23740208
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 山中 真人 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 博士研究員 (70585992)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2013: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2012: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2011: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 長寿命荷電粒子 / 加速器実験 / エキゾチック原子 / ビッグバン元素合成 / 標準模型を超える物理 / 初期宇宙元素合成 / 超対称性模型

Research Abstract

本研究課題の目的は、加速器実験における長寿命荷電粒子の検証、並びに、長寿命荷電粒子を窓口としたその背後の物理の解明である。長寿命荷電粒子は、その長寿命をもたらす機構に応じ、加速器実験における生成後の振舞い、及び、他の場面における影響の質・度合が大きく異なる。本課題では、長寿命荷電粒子が原子核にもたらす特殊な核反応をプローブとして上述の目的にアプローチする。
初年度における研究では、長寿命荷電粒子と原子核が束縛状態を形成した際に起こす反応を提唱し、その反応率を算出した。この研究成果は、本研究課題の目的の一つである「長寿命荷電粒子探索に有効な検出器の選出」を定量的に考察する際に不可欠となる。さらに、初年度の研究において、長寿命荷電粒子が初期宇宙元素合成に及ぼす影響を探り、軽元素の観測量に不整合が生じぬよう長寿命荷電粒子の性質に厳しく制限を与えた。
超対称性模型におけるスタウという粒子は長寿命荷電粒子の有力候補である。超対称性模型において予言されるヒッグス粒子質量は、長寿命スタウの性質や暗黒物質の残存量計算に強くつながりを持つ。翌年度の研究では、この特徴を活かし、ヒッグス粒子質量の測定値や暗黒物質の残存量計算等から、長寿命スタウの性質、並びに、模型構造を高精度に切り出した。こうした結果は、本研究課題が目的とする「長寿命荷電粒子を切り口とした新物理の解明」に活かされる価値ある成果である。
また、同年度、加速器実験における長寿命荷電粒子と原子核の束縛状態形成の効率化について研究を行なった。ミューオニック原子形成の物理を基に、長寿命荷電粒子の収集率増大、束縛状態形成に適した原子核の選出を内容としている。本研究は近々講演、及び、論文の形で発表予定である。

Research Products

• [Journal Article] Allowed slepton intergenerational mixing in light of light element abundances (2012)
  • Author(s): K. Kohri, S. Ohta, J. Sato, T. Shimomura and M. Yamanaka
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 86
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Constraint on slepton intergenerational mixing from big-bang nucleosynthesis (2012)
  • Author(s): K. Kohri, S. Ohta, J. Sato, T. Shimomura and M. Yamanaka
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 1467 Pages: 286-289
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Big-bang nucleosynthesis with a long-lived charged massive particle including He-4 spallation processes in a bound state (2012)
  • Author(s): T. Jittoh, K. Kohri, M. Koike, J. Sato, K. Sugai, M. Yamanaka and K. Yazaki
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 1467 Pages: 298-301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Big-bang nucleosynthesis with a long-lived charged massive particle including $^4$He spallation processes. (2011)
  • Author(s): T. Jittoh, K. Kohri, M. Koike, J. Sato, K. Sugai, M. Yamanaka, K. Yazaki
  • Journal Title: Physical review D Volume: 84
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Detection of Vector Dark Matter (2011)
  • Author(s): J. Hisano, K. Ishiwata, N. Nagata, M. Yamanaka
  • Journal Title: Progress of Theoretical Physics Volume: 126
  • NAID: 110008790433
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A new idea to search for charged lepton flavor violation using a muonic atom (2011)
  • Author(s): M. Koike, Y. Kuno, J. Sato, M. Yamanaka
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 1382
  • Peer Reviewed
• [Presentation] LHC の結果をふまえた荷電レプトンフレーバーの破れ (2013)
  • Author(s): 山中真人
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Invited
• [Presentation] Correlation between flavour violating decay of long-lived slepton and tau in the coannihilation scenario with Seesaw mechanism (2012)
  • Author(s): 山中真人
  • Organizer: B Workshop 2012
  • Place of Presentation: 花巻温泉
• [Presentation] Leptogenesis in Universal Extra Dimension model (2012)
  • Author(s): Masato Yamanaka
  • Organizer: Summer Institute 2012
  • Place of Presentation: 日月潭(台湾)
• [Presentation] Big-bang nucleosynthesis with a long-lived CHAMP including 4He spallation process (2012)
  • Author(s): Masato Yamanaka
  • Organizer: XVIII International Symposium on Particles, Strings and Cosmology (PASCOS2012)
  • Place of Presentation: メリダ(メキシコ)
• [Presentation] ゾンマーフェルト効果を含む暗黒物質残存量計算に対する有限温度補正の影響 (2012)
  • Author(s): 山中 真人
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
• [Presentation] Big-bang nucleosynthesis with a long-lived CHAMP including 4He spallation process (2011)
  • Author(s): Masato Yamanaka
  • Organizer: Supersymmetry 2011 (SUSY2011)
  • Place of Presentation: Fermilab(アメリカ)
• [Presentation] The effects of relativistic wave-functions on the search for mu^- e^- -> e^- e^- in a muonic atom (2011)
  • Author(s): Masato Yamanaka
  • Organizer: Summer Institute 2011
  • Place of Presentation: 富士吉田市
• [Presentation] Big impact of nucleus potential on mu^- e^- -> e^- e^- in a muonic atom (2011)
  • Author(s): 山中 真人
  • Organizer: B workshop 2011
  • Place of Presentation: 福島県磐梯熱海温泉栄楽館