Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
素粒子物理の究極理論を構築するため、標準模型の抱える問題、ニュートリノ質量の起源と宇宙バリオン数の起源を同時に説明する理論を検討する。本研究では、シーソー機構によりニュートリノの極微質量を自然に実現する右巻きニュートリノを導入した模型を研究する。質量がGeVスケールの右巻きニュートリノは長寿命を持ち、その崩壊により宇宙の付加的なエントロピーを生成し、初期宇宙の熱史に重要な変更を与える可能性がある。そこで、この変更による原始重力波スペクトルへの影響から右巻きニュートリノを検出する手法を探究する。
現代物理学における重要課題の一つである素粒子ニュートリノの質量起源について探究した。特に、三世代のうち一番軽いニュートリノの質量を宇宙背景重力波観測から探索する手法を提案した。一番軽い質量は、宇宙背景放射や構造形成の観測、およびベーター崩壊の運動学等により探索されているが、meVスケール以下の大きさについては感度がないため、観測手法の開発が重要な課題となっている。本研究では、右巻きニュートリノを導入したシーソー機構の枠組みでこの問題の解決に挑戦した。シーソー機構はニュートリノの極微質量を自然に説明し、さらに暗黒物質や宇宙物質・反物質非対称性の起源も同時に説明するため魅力的な枠組みである。この場合、一番軽い質量が非常に小さくなると、右巻きニュートリノの寿命が非常に長くなり、その崩壊により宇宙の付加的エントロピー生成が生じ宇宙の熱史を大きく変更する可能性がある。一方、重力波は近年その存在が確認され注目を集めている。重力波には天体起源のものと、宇宙誕生直後のインフレーション時の量子揺らぎに起因した背景重力波がある。後者は、インフレーション後の宇宙発展の情報がスペクトルに刻まれており、初期宇宙の情報を運ぶ。本研究では、右巻きニュートリノによる付加的エントロピー生成の痕跡を背景重力波に見出し、ニュートリノ質量を探索する手法を提示した。我々は、付加的なエントロピー生成が生じた場合、背景重力波スペクトルが臨界周波数以上で減衰されることに注目した。特に、臨海周波数は一番軽いニュートリノ質量と右巻きニュートリノ質量により決まり、減衰率は一番軽いニュートリノ質量により決まることを見出した。さらに、現在計画されているパルサータイミングアレイやレーザー干渉計による重力波観測による想定感度と比較し、理論が予言する臨海周波数と減衰率の観測が期待できることを示した。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020 2019 Other
All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Peer Reviewed: 6 results, Open Access: 6 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Invited: 2 results)
Physics Letters B
Volume: 814 Pages: 136074-136074
10.1016/j.physletb.2021.136074
Physical Review D
Volume: 103 Issue: 1 Pages: 015014-015014
10.1103/physrevd.103.015014
Volume: 811 Pages: 135956-135956
10.1016/j.physletb.2020.135956
Journal of High Energy Physics
Volume: 174 Issue: 7 Pages: 1-18
10.1007/jhep07(2020)174
Volume: 2020 Issue: 1 Pages: 1-16
10.1007/jhep01(2020)144
Volume: 2019 Issue: 9 Pages: 1-15
10.1007/jhep09(2019)089
