2017 Fiscal Year Annual Research Report
Unified picture of electroweak symmetry breaking and family structure
| Project Area | New expansion of particle physics of post-Higgs era by LHC revealing the vacuum and space-time structure |
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| Project/Area Number |
16H06492
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
久野 純治 名古屋大学, 基礎理論研究センター, 教授 (60300670)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
兼村 晋哉 大阪大学, 理学研究科, 教授 (10362609)
野尻 美保子 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (30222201)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 電弱対称性の破れ / 世代構造 / ヒッグス粒子 / LHC / ジェット / CP対称性の破れ / 暗黒物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
PとT対称性を破るグルーオンのWeinberg演算子は新物理に存在するCP対称性の破れに感度のある中性子や陽子の電気双極子能率に寄与を与える質量次元６の演算子であるが、これまでその評価は計算の困難から系統的に行われてこなかった。CP対称性を破る湯川相互作用をするカラーを持ったフェルミオンが２ループダイアグラムを通して導くグルーオンのWeinberg演算子の寄与を一般的に評価した。
超対称性のある理論のD項型の有効相互作用に対する２ループレベルでの異常次元を超場形式を用いて一般的に導し、いくつかの例に応用した。また、暗黒物質直接探索での暗黒物質核子散乱断面積の評価を有効理論を用いて行う方法をまとめた。
NLO の精度での暗黒物質シグナルの研究を行い強い相互作用をするメディエーターに結合した暗黒物質のLHCでのシグナルの中で、モノジェットが生成されるものについてシグナル分布によるメディエーターの同定が可能であることを明らかにした。また、チャーム同定などを利用したスカラートップ探索の研究を行い、大幅な感度向上が可能であることを示した。また、機械学習によるジェットの同定の効率化のために、パートンシャワーに立脚した入力変数の設定に着手した。
将来の様々な実験を掛け合わせることでヒッグスセクターを決定する方法を研究した。特に2030 年代にほぼ同時期に実施される３つの実験、すなわち高輝度LHC 実験での新粒子の直接探索、高輝度LHC並びに国際リニアコライダー実験でのヒッグス結合の精密測定によるヒッグスセクターの多重項構造や湯川結合の解明、初期宇宙に発生した重力波を宇宙に置いた干渉計LISA/DECIGO で捉えることによる電弱相転移の解明を包括的に研究することで大きな相乗効果が生じ、ヒッグスセクターが詳細に解明され、標準理論を超える物理の方向性が明らかになる可能性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
電子や核子の電気双極子能率は新物理のCP対称性の破れに感度があり、多くの研究がなされてきた。グルーオンのWienberg演算子の評価ができていなかったことから、次元６までの演算子を全て考慮に入れて評価することがこれまでできなかった。今回その評価が可能となったため、次元６までの演算子でのパートンレベルでの評価は可能となった。
NLOによるものジェットシグナル研究について、ほぼ解析を終了し論文にまとめる作業を行なっている。また、いくつかの国際研究会、CERN 等で研究成果の発表を行った。 また、スカラートップの研究については、国際共同レポートに成果発表を行うとともに論文の執筆を行なっている。また機械学習の効率化については、GPU マシンを導入するんなどの環境整備を行うとともに、初期的な評価を行い良好な結果をえた。
ヒッグスセクターの構造を現在及び将来の加速器実験を始め様々な実験で探求し、そこから標準理論を超える新しい物理に迫ることを目的としている。これまでに、LHC実験で第二のヒッグス粒子を直接探索する研究、将来のヒッグス粒子の超精密測定を見据えて様々な拡張ヒッグスセクターに基づいたヒッグス結合定数の輻射補正の研究、電弱相転移が一次的相転移を引き起こす場合に発生する重力波を検出することによるヒッグスポテンシャルの構造探究に関する研究を行ってきた。また、ディラック型のニュートリノ質量を生成する新模型を構築し、その性質を研究した。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子や核子の電気双極子能率に寄与を与える次元６までの演算子を全て考慮に入れて模型の制限がどう変わるかを検討する。超対称模型におけるミューオンの異常磁気能率を説明できる領域を検討し、ウィノとヒッグシーノが縮退した領域が良いことがわかったので、そういった領域がLHCでどう検証可能かを明らかにする。
有効理論を用いた暗黒物質・核子散乱断面積の評価法をディラックフェルミオンが暗黒物質である場合に応用し、またフレーバーの物理からの制限をディラックフェルミオンが暗黒物質である場合で明らかにする。
機械学習の重要性が増しているが一方で、入力に必要な情報が多いこと、結果の解釈が難しいとこなどの問題が明らかになっている。そこで、今年度までの研究をまとめて論文にするとともに、ジェットの分類問題を中心として、アルゴリズムの効率化と解釈可能性の向上に取り組む。
これまでに研究してきた付加的ヒッグス粒子の直接探索、拡張ヒッグス模型に関するヒッグス結合定数の高精度計算に関する系統的研究、重力波を通じたヒッグスポテンシャルの検証可能性に関する研究を深化させ、その相補性による相乗効果によりヒッグスセクターが将来実験でどのように解明されるかを明らかにする。また、ヒッグスセクターと標準理論を超える新しい物理のパラダイムとの関係、及びニュートリノ質量、暗黒物質、バリオン数生成などの諸現象とヒッグスセクターの関係について研究する。
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