ニュートリノ相互作用を規定する対称性の解明

• Project Area: Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos
• Project/Area Number: 19H05091
• 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: Hokkaido University
• Principal Investigator: 瀬戸 治 北海道大学, 高等教育推進機構, 特任准教授 (40547741)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 右巻きニュートリノ / 重力波 / 相転移 / 初期宇宙 / 大統一理論 / ニュートリノ / 暗黒物質

Outline of Research at the Start

ニュートリノの非常に小さな質量の獲得には弱い相互作用をしない右巻きニュートリノがその根本にあると考えられており、右巻きニュートリノの質量の起源がニュートリノ質量起源の本質である。本研究では、初期宇宙で起こった右巻きニュートリノに質量を生成する真空の相転移により生成される重力波観測を通じて、重い右巻きニュートリノの質量起源となる高エネルギー領域でのニュートリノの相互作用を規定するゲージ対称性を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

高エネルギー領域で持ちうるニュートリノの相互作用のうち、最も有望なものはバリオン数とレプトン数の差（B－L）をゲージ化した模型である。これまでの研究で、電弱スケールよりずっと高いエネルギーでのエクストラU(1)対称性の強い一次相転移によって誘起される宇宙背景重力波が、そのゲージ結合定数がおよそ0.3程度の場合には、DECIGO や Cosmic Explorer 等の将来の重力波検出実験によって検出可能であることも明らかにしてきた。このようなエクストラU(1)対称性の存在を理論的に支持しているのは大統一理論である。右巻きニュートリノの相互作用がゲージ化されている場合の最も素朴な大統一理論は、ゲージ群 SO(10) に基づくものである。しかしながら、標準模型のゲージ群にB－Lゲージ対称を素朴に加えただけでは、ゲージ結合定数の高エネルギースケールが一致しない。この問題を解決するため、標準模型のゲージ郡を一旦 SU(5) に統一し、その SU(5)がエクストラU(1)とゲージ統一される可能性を考察した。研究では、ゲージ結合定数の統一がベクトルライククォーク対を導入により達成される模型を考え繰り込み群を解いて大統一すること、及び、SO(10) の破れから現れるエクストラ U(1) 対称性のゲージ結合定数が対称性の破れのスケールにおいて実際に 0.3程度となり一次相転移による破れによって生成される宇宙背景重力波が検出可能なほど大振幅になり得ることを示した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Alabama University(米国)
• [Int'l Joint Research] Sungkyunkwan University/IBS(韓国)
• [Int'l Joint Research] Alabama University(米国)
• [Int'l Joint Research] Sungkyunkwan University/IBS/KAIST(韓国)
• [Journal Article] Gravitational waves from breaking of an extra U(1) in SO(10) grand unification (2021)
  • Author(s): Okada Nobuchika、Seto Osamu、Uchida Hikaru
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 2021 Issue: 3
  • DOI: 10.1093/ptep/ptab003
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Atomki anomaly in gauged U(1)R symmetric model (2021)
  • Author(s): Seto Osamu、Shimomura Takashi
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics volume Volume: 2021 Issue: 4 Pages: 25-25
  • DOI: 10.1007/jhep04(2021)025
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Probing for ALPino dark matter at beam dump experiments (2021)
  • Author(s): Choi Ki-Young、Inami Takeo、Kadota Kenji、Park Inwoo、Seto Osamu
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 2343 Pages: 020014-020014
  • DOI: 10.1063/5.0047881
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Signal from sterile neutrino dark matter in extra U(1) model at direct detection experiment (2020)
  • Author(s): Seto Osamu、Shimomura Takashi
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 811 Pages: 135880-135880
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135880
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inelastic extra U(1) charged scalar dark matter (2020)
  • Author(s): Okada Nobuchika、Seto Osamu
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 101 Issue: 2 Pages: 023522-023522
  • DOI: 10.1103/physrevd.101.023522
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Searching for axino-like particle at fixed target experiments (2020)
  • Author(s): Choi Ki-Young、Inami Takeo、Kadota Kenji、Park Inwoo、Seto Osamu
  • Journal Title: Physics of the Dark Universe Volume: 27 Pages: 100460-100460
  • DOI: 10.1016/j.dark.2020.100460
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gravitational waves from the minimal gauged U(1)B?L model (2019)
  • Author(s): Hasegawa Taiki、Okada Nobuchika、Seto Osamu
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 99 Issue: 9 Pages: 095039-095039
  • DOI: 10.1103/physrevd.99.095039
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Gravitational waves from a phase transition of an extra U(1) in SO(10) GUT (2021)
  • Author(s): 瀬戸 治
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] Gravitational waves from a phase transition of an extra U(1) in SO(10) GUT (2020)
  • Author(s): 瀬戸 治
  • Organizer: ：「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」研究会2020
• [Presentation] Probing for ALPino dark matter at beam dump experiments (2020)
  • Author(s): 瀬戸 治
  • Organizer: ：16th International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Indirect detection for gauged sterile neutrino dark matter (2020)
  • Author(s): 瀬戸 治
  • Organizer: KASHIWA DARK MATTER SYMPOSIUM 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Probing for ALPino dark matter at beam dump experiments (2020)
  • Author(s): 瀬戸 治
  • Organizer: 6th Quantum Science (QS) symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Scalar dark matter interacting through an extra U(1) gauge interaction (2019)
  • Author(s): Osamu Seto
  • Organizer: Dark matter searches in the 2020s - At the crossroads of the WIMP
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Scalar dark matter interacting through an extra U(1) gauge interaction (2019)
  • Author(s): Osamu Seto
  • Organizer: 4th IBS-MultiDark-IPPP joint Workshop on Dark Matter
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Gravitational waves from minimal and nonminimal gauged U(1) phase transition (2019)
  • Author(s): 瀬戸 治
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Gravitational waves from minimal and nonminimal gauged B-L phase transition (2019)
  • Author(s): 瀬戸 治
  • Organizer: 基研研究会 素粒子物理学の進展2019
• [Presentation] Gravitational waves from minimal and nonminimal gauged B-L phase transition (2019)
  • Author(s): 瀬戸 治
  • Organizer: Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos Workshop 2019
• [Funded Workshop] Miyazaki International Workshop on New Physics at Low Scale 2020 (2020)