Research and development of simulation tools for exploring new physics at linear colliders

Research Project

Project/Area Number	23K20840
Project/Area Number (Other)	21H01077 (2021-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2021-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research Institution	Iwate University
Principal Investigator	馬渡健太郎岩手大学, 教育学部, 教授 (90814096)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	萩原薫大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 名誉教授 (50189461) 神前純一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, 協力研究員 (60169787) ジーンズダニエル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, 准教授 (80748476)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000) Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2023: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000) Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000) Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords	リニアコライダー / 新物理 / 計算ツール / ヘリシティー振幅 / ファインマンダイアグラムゲージ / ILC / タウレプトン
Outline of Research at the Start	素粒子実験の最前線で、LHC実験等の高エネルギーコライダーで素粒子の多重生成事象を検出、解析し、標準模型の検証と新物理の発見の要となるのが散乱振幅自動生成プログラムである。本研究グループは本研究課題を通して、散乱振幅数値計算の全く新しい計算法を発見し、標準模型の全ての散乱過程の散乱振幅を自動計算させることに成功した。この新しい計算法は、従来不可避と思われていた「異なるファインマン図間のゲージ相殺」を回避する。その結果、散乱振幅の物理的理解を深めるとともに、より効率的な高エネルギー事象生成シミュレーションを提供する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、岩手県北上山地での建設が議論されている国際リニアコライダー（ILC）をはじめとする将来の高エネルギーリニアコライダー（線形加速器）実験における、素粒子標準模型を超える新物理探索に資する計算ツールの開発を目的とする。またその有効性を標準模型の精密検証と新物理模型探索の両面で実証していく。当初2021年12月より本科研費により外国人研究員を雇用する予定であったが、コロナ禍のため外国人の入国が制限され結局2022年7月までずれ込んだ。そういった中、前所属である大阪大学のグループと長年取り組んでいたH-COUPプロジェクトに関する論文を発表することができた [Eur.Phys.J.C 81 (2021) 1000]。このプロジェクトはいくつかの拡張ヒッグス模型を系統的に取り扱い、ヒッグス粒子の崩壊を新物理の効果を取り入れて輻射補正を見積もり、素粒子標準模型による予言からのズレを検証するものである。上記の論文はヒッグス粒子の崩壊過程からさらにILC実験における生成過程を考慮することで、新物理探索への相補的効果を調べるものである。コロナ禍真っ只中で始まった研究課題で、なかなか思うように進まないこともあったが、こういう状況でも対面で研究交流を持つために、2021年6月と11月に10数人と少人数に限定した会ではあったが研究会を開催した。感染状況・対策に気を使いながらの開催であったが、非常に有意義な会となり、研究者間の交流が重要であることを改めて確認した。また2022年3月には国際スクール「Iwate Collider School 2022」を主催した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2021年度はコロナ禍もあり、外国人研究員雇用も含め計画通り行かなかった面もあったが、重点課題１のパートンシャワーに関する研究について大きな進展、発見があったため。
Strategy for Future Research Activity	2022年7月より外国人研究員も着任し、研究体勢は整った。本研究課題をもとに最近我々が提案した新しいゲージ、ファインマンダイアグラムゲージを用いた計算手法の理論確立、シミュレーションプログラムへの実装、そしてその応用と着実に研究成果を積み重ねていきたい。