ニュートリノ質量起源と新型暗黒物質

• Project Area: Unification and Development of the Neutrino Science Frontier
• Project/Area Number: 16H00868
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 津村 浩二 京都大学, 理学研究科, 助教 (40648101)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 暗黒物質 / ニュートリノ / アクシオン / 素粒子論 / 素粒子実験

Outline of Annual Research Achievements

ニュートリノ質量と暗黒物質の存在は, 既に素粒子標準模型を超えた物理として揺るぎないものとなった. これまでニュートリノ質量起源と暗黒物質の関係は輻射型シーソー模型の枠組みで広く議論されてきた. 本研究ではSIMP暗黒物質を通してニュートリノが質量を獲得する新しいシナリオを構築した. SIMP暗黒物質は一般に強く自己相互作用するためスカラーポテンシャルの不安定性を導く. この問題のため比較的に素朴に構築した模型は全て棄却されることが分かった. そこで共鳴を用いたレゾナントSIMPのアイデアを用いてニュートリノ質量模型の拡張を行った. 共鳴機構を用いることで理論的にも実験的にも許されるパラメタ領域が発見され, また厳しい実験的制限があるため近い将来にその検証も期待できることが分かった. 一方で, SIMP研究はその強い自己相互作用に触発されてその重力波検証についての研究にも派生した. さらに暗黒物質候補としてWIMPやSIMPだけでなく, アクシオンがその役割を果たす模型についても検討を行った. このような模型ではニュートリノの質量起源となるスケールと強いCP問題の解決するPQ対称性の破れのスケールが統一される. SIMP研究では暗黒物質の安定性を保証する対称性とレプトン数が同一視されたのに対し, こちらではPQ対称性とレプトン数が同一視されたことになる. アクシオンは強いCP問題を解決するだけでなく, 暗黒物質問題の解としても利用できるため異なる物理がさらに関係づいたことになる.

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カルフォルニア工科大学/カルフォルニア大学リバーサイド校(米国)
• [Int'l Joint Research] ミュンヘン工科大学/ハイデルベルク大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] カルフォルニア工科大学(米国)
• [Int'l Joint Research] LPT Orsay(フランス)
• [Journal Article] Toward background-free RENP using a photonic crystal waveguide (2017)
  • Author(s): Minoru Tanaka, Koji Tsumura, Noboru Sasao, and MotohikoYoshimura
  • Journal Title: Prog. Theor. Exp. Phys. Volume: 2017 Issue: 4 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1093/ptep/ptx035
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gravitational wave from dark sector with dark pion (2017)
  • Author(s): Tsumura Koji、Yamada Masatoshi、Yamaguchi Yuya
  • Journal Title: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 2017 Issue: 07 Pages: 1-41
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2017/07/044
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A radiative neutrino mass model with SIMP dark matter (2017)
  • Author(s): Ho Shu-Yu、Toma Takashi、Tsumura Koji
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2017 Issue: 7 Pages: 1-21
  • DOI: 10.1007/jhep07(2017)101
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Majoron as the QCD axion in a radiative seesaw model (2017)
  • Author(s): Ma Ernest、Ohata Takahiro、Tsumura Koji
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 96 Issue: 7 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.075039
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of initial spatial phase in radiative neutrino pair emission (2017)
  • Author(s): Tanaka Minoru、Tsumura Koji、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimura Motohiko
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 96 Issue: 11 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.113005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Systematic U(1)_{B-L} Extensions of Loop-Induced Neutrino Mass Models with Dark Matter (2016)
  • Author(s): S.-Y. Ho, T. Toma, K. Tsumura
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 94, 033007 Issue: 3 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.033007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Neutrino Meets SIMP Dark Matter (2017)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: Workshop for Unification and Development of the Neutrino Science Frontier
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Towards Neutrino Mass Spectroscopy (High-Energy Physics at Low Energy Frontier) (2017)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: East Asia Joint Workshop on Fields and Strings 2017, KEK Theory workshop 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Maxion : Majoron as the QCD Axion in a Radiative Seesaw Model (2017)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: The 7th KIAS Workshop on Particle Physics and Cosmology and The 2nd KEK-NCTS-KIAS Workshop on Particle Physics Phenomenology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Neutrinos Meet SIMP (2017)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: Energy Frontier in Particle Physics: LHC and Future Colliders
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Lepton Flavor Violation in the Lepton Sector (2017)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: The 15th Conference on Flavor Physics and CP Violation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Towards Neutrino Mass Spectroscopy (2017)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: The 3rd Computational Chemistry Symposium -The main symposium of ICCMSE 2017-
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] SU(2)μτ模型とミュオン異常磁気能率のずれ (2017)
  • Author(s): 津村浩二
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] ニュートリノ質量分光における空間的振動位相印加のインパクト (2017)
  • Author(s): 津村浩二
  • Organizer: 日本物理学会 2017年 秋季大会
• [Presentation] 原子を使ったニュートリノ質量分光 (2017)
  • Author(s): 津村浩二
  • Organizer: 第一回琉球大学計算科学シンポジウム：“素粒子と物性・化学は協力し合える！”
  • Invited
• [Presentation] Towards Neutrino Mass Spectroscopy (2016)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: The NTU-Kyoto Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 原子ニュートリノ観測のための誘電体導波路中のQED過程の解析 (2016)
  • Author(s): 津村浩二
  • Organizer: 第5回 CUTE シンポジウム：量子状態計算「素粒子から化学へ」
  • Invited
• [Presentation] 残存離散対称性を持つ輻射シーソー模型の分類 (2016)
  • Author(s): 津村浩二
  • Organizer: 日本物理学会 2016年 秋季大会
• [Remarks] 津村浩二の研究について
  • URL: http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~koji.tsumura/research.html
• [Funded Workshop] Summer Institute 2017 (2017)
• [Funded Workshop] Axion physics and dark matter cosmology (2017)