New physics explored through gravitational waves from phase transition

• Project Area: Gravitational wave physics and astronomy: Genesis
• Project/Area Number: 18H04590
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 波場 直之 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (00293803)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 重力波 / U(1)B-L / 超対称性 / 相転移 / 検証可能性 / ニュートリノ質量 / 標準模型を超える新しい物理 / 相転移起源の重力波 / 新しいヒッグス場 / 大統一理論 / 余剰次元理論 / 新しい物理理論 / インフレーション / ラディオン / プランクスケール / MPP条件

Outline of Annual Research Achievements

標準模型ゲージ群にU(1)_{B-L}ゲージ群を付加し、超対称化した模型は、ニュートリノ微小質量を自然に説明するシーソー機構を自動的に含むという点で、魅力的な理論である。U(1)_{B-L}ゲージ群はTeV以上のあるスケールで自発的に破れ、これがU(1)_{B-L}ゲージボゾンの質量を与え、かつ右巻きニュートリノのマヨラナ質量の起源にもなる。そこで、U(1)_{B-L}ゲージ群の自発的破れが一次相転移を伴う場合に、初期宇宙において生成されるstochastic重力波を予言し、それが将来の地上重力波観測実験において観測できるか調査した。特に、U(1)_{B-L}の破れのスケールがTeVスケールより十分高く、U(1)_{B-L}の破れが超対称性を保ったまま起きる場合に注目した。このとき、U(1)_{B-L}を破る場と標準模型ヒッグス場との4点結合は無視でき、この値に依らない具体的な予言ができる。U(1)_{B-L}を破る場の真空期待値を秩序変数とする有限温度有効ポテンシャルを計算し、そこから高温での相転移の頻度を決定するO(3)-symmetric action、さらに、nucleation temperature、相転移により放出される真空エネルギー、相転移の速度を計算し、それらに基づき、重力波スペクトルを、superpotentialのパラメータとU(1)_{B-L}ゲージ結合定数の様々な値について予言した。あるベンチマークについて、予言される重力波スペクトルと、将来の地上重力波観測実験Einstein Telescope、Cosmic Explorerの探索範囲とを比較し、観測が可能であることを明らかにした。また、スペクトルのピークの周波数と振幅から、U(1)_{B-L}ゲージ結合定数とU(1)_{B-L}の破れのスケールとを関連づけることができ、これと将来の100TeV proton-proton collider等でのU(1)_{B-L}ゲージボゾン測定を組み合わせることで、「Minimal SUSY U(1)_{B-L} Model」を検証できることを示した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Alabama(米国)
• [Journal Article] On theta_{23} Octant Measurement in 3+1 Neutrino Oscillations in T2HKK (2020)
  • Author(s): Haba Naoyuki、Mimura Yukihiro、Yamada Toshifumi
  • Journal Title: Physical Review D Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gravitational Waves from Phase Transition in Minimal SUSY U(1)_{B-L} Model (2020)
  • Author(s): Haba Naoyuki、Mimura Yukihiro、Yamada Toshifumi
  • Journal Title: Physical Review D Volume: -
  • NAID: 120006975584
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detectable dimension-6 proton decay in SUSY SO(10) GUT at Hyper-Kamiokande (2019)
  • Author(s): Haba Naoyuki、Mimura Yukihiro、Yamada Toshifumi
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2019 Issue: 7 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1007/jhep07(2019)155
  • NAID: 130008153609
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Proton lifetime upper bound in non-SUSY SU(5) GUT (2019)
  • Author(s): Haba Naoyuki、Mimura Yukihiro、Yamada Toshifumi
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 99 Issue: 7 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1103/physrevd.99.075018
  • NAID: 130008153598
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sneutrinos as mixed inflaton and curvaton (2018)
  • Author(s): Haba Naoyuki、Takahashi Tomo、Yamada Toshifumi
  • Journal Title: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 2018 Issue: 06 Pages: 11-11
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2018/06/011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Direct CP violation in Cabibbo-favored charmed meson decays and ε′/ε in SU(2)L × SU(2)R × U(1)B-L model (2018)
  • Author(s): Haba Naoyuki、Umeeda Hiroyuki、Yamada Toshifumi
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2018 Issue: 10
  • DOI: 10.1007/jhep10(2018)006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マヨラナ質量を含む一般的なneutrinophilic two-Higgs-doublet modelへの, Lepton Fla vor Violationからの制限 (2020)
  • Author(s): 波場直之, 大見謝恒春, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Muon and Electron g - 2 and the Origin of Flavor Hierarchy (2020)
  • Author(s): 波場直之, 清水康弘, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Gravitational waves from a phase transition in a SUSY left-right model (2020)
  • Author(s): 波場直之, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Dimension-five-friendly Yukawa couplings in SO(10) GUT (2019)
  • Author(s): 波場直之, 御村幸宏, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Proton Lifetime Upper Bound in Non-SUSY SU(5) GUT (2019)
  • Author(s): 波場直之, 御村幸宏, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Detectable dimension-6 proton decay in SUSY SO(10) GUT at Hyper-Kamiokande (2019)
  • Author(s): 波場直之, 御村幸宏, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] p → K0 μ+ partial proton lifetime in SUSY SO(10) GUT (2019)
  • Author(s): 波場直之, 御村幸宏, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Gravitational waves from a phase transition in Randall-Sundrum-1 model (2019)
  • Author(s): 波場直之, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Gravitational Waves from Inverse Electroweak Phase Transition (2019)
  • Author(s): 波場直之, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会2019年年次大会
• [Presentation] Proton decay prediction from a gauge-Higgs unification scenario in five dimensions (2018)
  • Author(s): 波場直之, 岡田宣親, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] Neutron EDM and ε'/ε in SU(2)L × SU(2)R × U(1)B-L model with charge symmetry (2018)
  • Author(s): 波場直之, 梅枝宏之, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] Prediction on neutrino Dirac and Majorana phases and absolute mass scale from the CKM Matrix (2018)
  • Author(s): 波場直之, 山田敏史
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Remarks] 相転移が引き起こす重力波から探る新しい物理
  • URL: http://www.phys.shimane-u.ac.jp/haba_lab/kenkyuuhi08.html