Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
暗黒物質の正体解明は現代物理学の最重要課題の１つである。これまでの研究では電弱スケール程度の質量を持つ Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) が有力候補とされてきたが、LHC 実験などからの制限が厳しくなるにつれ、その他のシナリオへの関心が近年高まっている。探索すべき暗黒物質模型は多岐に渡り、この広大な理論空間をいかに調べ尽くすかが直近の課題である。本研究では、量子重力と整合性の取れた暗黒物質模型のパラメータ領域を明らかにし、各暗黒物質候補を発見もしくは完全に棄却するために必要な実験・観測の感度を決定したい。
本研究の目的は、量子重力の立場から暗黒物質の正体に迫ることである。特に、散乱行列理論を応用することで「暗黒物質と素粒子標準模型粒子の結合定数」に対する理論的下限を導出し、各暗黒物質模型を完全に棄却するための実験・観測の感度を決定することを目指している。研究最終年度である2022年度は、暗黒セクターの典型的模型において、暗黒セクター粒子と標準模型粒子の散乱振幅のユニタリ性を重力相互作用まで考慮して精査した。特に、暗黒セクターに新たなゲージ粒子が存在するとする「暗黒光子模型」の解析を行い、高エネルギーにおける重力散乱に対するいくつかの仮定のもと、暗黒光子と標準模型光子の運動項混合結合定数や暗黒光子質量に対する理論的下限値を導出することに成功した。また、同様の解析を行うことでより一般に「暗黒物質と標準模型粒子の相互作用」に対して理論的下限値が典型的に得られることを指摘した。この成果については arXiv で論文を発表し、論文雑誌で現在査読中である。その後、当該領域メンバーがこの成果に興味を持ってくれたため、領域メンバーとの共同研究も新たに始めた。先の論文の解析を他の暗黒物質模型にも拡張し、その結果と合わせて「この手法を他の理論模型に応用する際の手引き」としても使えるような論文を現在執筆中である。本研究は2022年度をもって終了するが、2023年度からも当該領域の公募研究をもらえることになった。当該領域メンバーとも連携をとり、今後も本研究の成果を発展させていきたい。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2023 2022 2021 Other
All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results, Peer Reviewed: 5 results, Open Access: 5 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results, Invited: 11 results)
Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
Volume: 2023 Issue: 04 Pages: 1-23
10.1088/1475-7516/2023/04/035
Journal of High Energy Physics
Volume: 2022 Issue: 12 Pages: 1-22
10.1007/jhep12(2022)130
Volume: 2022 Issue: 10 Pages: 1-16
10.1007/jhep10(2022)015
Physical Review Letters
Volume: 127 Issue: 9 Pages: 1-6
10.1103/physrevlett.127.091602
Physical Review D
Volume: 104 Issue: 6 Pages: 1-22
10.1103/physrevd.104.066022
120007165720
