Unveiling the Structure of the Space-Time Based on Collider Experiments and Cosmological Observations

• Project Area: New expansion of particle physics of post-Higgs era by LHC revealing the vacuum and space-time structure
• Project/Area Number: 17H05400
• 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: University of Toyama
• Principal Investigator: 柿崎 充 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 准教授 (90612622)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 素粒子論 / 宇宙論 / ヒッグス粒子 / 暗黒物質 / 余剰次元 / 重力波 / 場の局在化

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、加速器実験と宇宙観測から得られる実験データを活用して、素粒子物理学の標準理論を超えた新物理模型で予言される各種現象を解析することを通して、我々の住む時空の構造の解明に寄与することを目指す理論研究である。特に、新パラダイムの有力候補の一つである、空間次元が拡張された余剰次元模型を現象論的に解析することを中心に据えて、以下のような研究を遂行して来た。
昨年度に引き続き、ユニバーサル余剰次元模型において、予言される新粒子の生成断面積や暗黒物質候補粒子の残存量等の各種物理量を自動的に計算する数値計算プログラムの開発を行ってきた。最近、米国のグループにより、この模型の新粒子の質量スペクトルの予言値が修正されたが、この修正を取り入れる改良を行い、この修正が各種物理量に与える影響について調べている。
また、発見されたヒッグス粒子を余剰次元模型のゲージ粒子の一部とみなすゲージヒッグス模型において、粒子の余剰次元上の配置の仕方によりヒッグスポテンシャルの形がどのように異なるかを調べた。そして、ヒッグス粒子の３点結合が標準理論の予言値からどの程度ずれるかの計算を行っている。
その他、時空のさざ波である重力波が初期宇宙に起きた１次的電弱相転移から発生するような拡張ヒッグス模型に着目し、重力波観測と加速器実験の相乗効果を活用して拡張ヒッグス模型を絞り込む研究を行ってきた。統計的手法を用いて、LISA, DECIGO等の将来の宇宙空間での重力波観測で期待される新物理模型のパラメータの決定精度を求めた。そして、これと加速器実験から独立に得られるデータとを組み合わせることで新物理模型のパラメータを強く絞り込めることを示した。この成果を１報の論文にまとめ査読付き学術雑誌で発表した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 韓国高等科学院/基礎科学研究院(韓国)
• [Int'l Joint Research] ワイツマン科学研究所(イスラエル)
• [Int'l Joint Research] 韓国高等科学院(韓国)
• [Journal Article] Selecting models of first-order phase transitions using the synergy between collider and gravitational-wave experiments (2019)
  • Author(s): Hashino Katsuya、Jinno Ryusuke、Kakizaki Mitsuru、Kanemura Shinya、Takahashi Tomo、Takimoto Masahiro
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 99 Issue: 7 Pages: 075011-075011
  • DOI: 10.1103/physrevd.99.075011
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gravitational waves from first order electroweak phase transition in models with the U(1)X gauge symmetry (2018)
  • Author(s): Hashino Katsuya、Kakizaki Mitsuru、Kanemura Shinya、Ko Pyungwon、Matsui Toshinori
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2018 Issue: 6 Pages: 088-088
  • DOI: 10.1007/jhep06(2018)088
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gravitational waves from first order electroweak phase transition in models with the U(1)_X gauge symmetry (2017)
  • Author(s): K. Hashino, M. Kakizaki, S. Kanemura, P. Ko and T. Matsui
  • Journal Title: arXiv.org Volume: -
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Report by the Committee on the Scientific Case of the ILC Operating at 250 GeV as a Higgs Factory (2017)
  • Author(s): S. Asai, J. Tanaka, Y. Ushiroda, M. Nakao, J. Tian, S. Kanemura, S Matsumoto, S. Shirai, M. Endo, M. Kakizaki
  • Journal Title: arXiv.org Volume: -
  • Open Access
• [Presentation] Gravitational waves from first order phase transition (2019)
  • Author(s): Mitsuru Kakizaki
  • Organizer: Toyama International Symposium on "Physics at the Cosmic Frontier"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fingerprinting models of first order phase transitions by the synergy between collider and gravitational wave experiments (2018)
  • Author(s): Mitsuru Kakizaki
  • Organizer: 22nd Regular Meeting of the New Higgs Working Group
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Probing electroweak phase transition via the synergy between colliders and gravitational wave observations (2018)
  • Author(s): Mitsuru Kakizaki
  • Organizer: Asian Linear Collider Workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒッグスと重力波 (2018)
  • Author(s): 柿崎 充
  • Organizer: 第46回北陸信越地区素粒子論グループ合宿研究会
• [Presentation] Fingerprinting models of first order electroweak phase transition using the synergy between future collider and gravitational wave experiments (2018)
  • Author(s): Mitsuru Kakizaki
  • Organizer: International Workshop on Future Linear Colliders 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relic abundance of the lightest Kaluza-Klein particle in phenomenological universal extra dimension models (2018)
  • Author(s): M. Kakizaki
  • Organizer: The 3rd Winter Toyama Mini-Workshop on Particle Physics and Cosmology "Basis of the Universe with Revolutionary Ideas 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Abundance of the lightest Kaluza-Klein particle in phenomenological universal extra dimension models (2018)
  • Author(s): M. Kakizaki
  • Organizer: Why does the Universe accelerate?-Exhaustive study and challenge for the future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 重力波スペクトル及び加速器実験に基づくNMSSMの検証可能性 (2018)
  • Author(s): 池田一毅, 柿崎充, 兼村晋哉, 端野克哉
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 電弱一次相転移由来の重力波と加速器によるU(1)Xゲージ対称性に基づく模型の検証 (2018)
  • Author(s): 端野克哉, 柿崎 充, 兼村晋哉, P. Ko, 松井俊憲
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] Probing first order phase transition by the combination of gravitational waves and Higgs couplings (2018)
  • Author(s): K. Hashino, M. Kakizaki, S. Kanemura, P. Ko and T. Matsui
  • Organizer: The 3rd Winter Toyama Mini-Workshop on Particle Physics and Cosmology "Basis of the Universe with Revolutionary Ideas 2018
• [Presentation] ヒッグスと重力波 (2017)
  • Author(s): 柿崎充
  • Organizer: 新テラスケール研究会
  • Invited
• [Remarks] 富山大学 理論物理学研究室
  • URL: http://www3.u-toyama.ac.jp/theory/
• [Remarks] 富山大学 研究者総覧
  • URL: http://evaweb.u-toyama.ac.jp/html/88_ja.html
• [Remarks] 富山大学 研究者総覧
  • URL: http://evaweb.u-toyama.ac.jp/search?m=home&l=ja
• [Funded Workshop] The 3rd Winter Toyama Mini-Workshop on Particle Physics and Cosmology "Basis of the Universe with Revolutionary Ideas 2018 (2018)