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Theoretical aspect of Higgs-Yukawa force in precision spectroscopy

Publicly Offered Research

Project AreaNew expansion of particle physics of post-Higgs era by LHC revealing the vacuum and space-time structure
Project/Area Number 17H05405
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

田中 実  大阪大学, 理学研究科, 助教 (70273729)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywordsアイソトープシフト / 同位体効果 / 原子内力 / キングの線形性 / 相対論効果 / ディラック方程式 / 新粒子
Outline of Annual Research Achievements

原子・イオンのアイソトープシフト(isotope shift,IS)を用いて,ヒッグス湯川力等の原子内で作用する未知の力を検出しようという試みが進められています.QEDで生じる通常のISと未知の原子内力によるISを分離するために,2種類の遷移のISの間に成り立つ「キングの線形性」を用いることが核心となるアイデアです.線形性が成り立つ理由は,field shift (FS)と呼ばれる原子核の有限サイズ効果によるISが,質量数に依存する因子と遷移に依存する因子の積で書けるためです.ヒッグス湯川力や他の未知の相互作用によるISが加わると,一般には線形性が成り立たなくなります.従って,2種類の遷移について3つ以上の同位体ペアでISを測定して,線形性の破れを見ることで原子内に作用する未知の力の情報を得ることができます.
2018年度は,これまで用いていた非相対論的近似を越える相対論的解析手法の開発を行ないました.そのためには,ISを理論的に評価する際に必要となる波動関数をシュレーディンガー方程式ではなく,ディラック方程式により決定する必要があります.具体的には,カルシウムイオンおよびイッテルビウムイオンについて,Thomas-Fermiポテンシャル中の電子状態のエネルギー固有値と波動関数をディラック方程式を数値的に解くことにより求めました.また,QEDでのFSを支配する原子核近傍の波動関数を,ディラック方程式に基いて解析的に求め,先行研究の結果と矛盾がないことを確かめました.これらの結果を統合したIS非線形性の評価を現在進めています.また,複数の実験家との情報交換で,同じ元素の中性原子とイオンのISを統合して解析する可能性が示唆され,これについても検討を進めています.
これに加え,加速したイオンから放出されるニュートリノペアビームを用いた地球内部構造探査についても研究を行ないました.

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。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] NCBJ(ポーランド)

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  • [Journal Article] Tomography by neutrino pair beam2018

    • Author(s)
      Asaka Takehiko、Okui Hisashi、Tanaka Minoru、Yoshimura Motohiko
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 785 Pages: 536-542

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2018.09.004

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Theory on $B \to D^{(*)} \tau \nu$ anomaly2018

    • Author(s)
      Tanaka Minoru、Watanabe Ryoutaro
    • Journal Title

      Proceedings of Science

      Volume: HQL2018 Pages: 9-9

    • DOI

      10.22323/1.332.0009

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Probing new intra-atomic force with isotope shifts2017

    • Author(s)
      Mikami Kyoko、Tanaka Minoru、Yamamoto Yasuhiro
    • Journal Title

      The European Physical Journal C

      Volume: 77 Issue: 12 Pages: 896-896

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-017-5467-4

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effects of initial spatial phase in radiative neutrino pair emission2017

    • 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

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  • [Presentation] Theory on $B\to D^{(*)}\tau\nu$ anomaly2018

    • Author(s)
      Minoru Tanaka
    • Organizer
      XIV International Conference on Heavy Quarks and Leptons
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 初期空間位相を用いた原子ニュートリノ過程における 誘電体導波路によるQED背景過程の抑制2018

    • Author(s)
      田中 実
    • Organizer
      日本物理学会 2018年秋季大会
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  • [Presentation] 原子スペクトルの同位体シフトで探る素粒子の新しい相互作用2018

    • Author(s)
      田中 実
    • Organizer
      第二回琉球大学計算科学シンポジウム
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    • Invited
  • [Presentation] Implication of initial spatial phase in the coherent radiative neutrin o pair emission2018

    • Author(s)
      Minoru Tanaka
    • Organizer
      Fundamental Physics using Atoms 2018 (FPUA2018)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Implication of precision atomic isotope shift measurements in particle physics2017

    • Author(s)
      Minoru Tanaka
    • Organizer
      Workshop on Beyond Standard Model and the Early Universe
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 原子スペクトルにおける同位体効果と素粒子の新しい相互作用2017

    • Author(s)
      田中 実
    • Organizer
      大阪ワークショップ「地上実験で検証可能な新物理」
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  • [Presentation] 原子スペクトルにおける同位体効果の精密測定と素粒子の新しい相互作用2017

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      田中 実
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
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  • [Presentation] 素粒子の新しい相互作用と原子スペクトルにおける同位体効果2017

    • Author(s)
      田中 実
    • Organizer
      第一回琉球大学計算科学シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] Research

    • URL

      http://www-het.phys.sci.osaka-u.ac.jp/~tanaka/research.html

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  • [Remarks] 研究

    • URL

      http://www-het.phys.sci.osaka-u.ac.jp/~tanaka/research.html

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2022-04-28  

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