2018 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, 素粒子宇宙起源研究所, 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 / ヒッグス粒子 / 世代構造 / 標準模型を超える物理 / LHC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
NLO レベルの数値計算で、暗黒物質を探索するために重要なモノジェット信号が含む情報を解析し、暗黒物質の親粒子の性質をジェットのPT分布から明らかにできることを示した。2) ジェットの内部構造を機械学習を用いて効率的に決定できるよう、ジェットのエネルギー２点相関（ジェットスペクトル）を用いた手法を開発した。３）スカラートップ粒子のフレーバを破る信号の発見方法を解析し将来のコライダーにおける制限を明らかにした。
ヒッグス粒子の精密測定に向け、拡張ヒッグス模型で統一された計算スキームを開発、ヒッグス結合定数への量子補正の計算を系統的に行い、その数値計算プログラムH-COUPを公開した。第二段階ではヒッグスの崩壊確率をH-COUPの結合定数を用いQCD補正を加え評価、将来精密測定実験に備えた。U(1)Xにゲージが拡張された新物理模型において、暗黒物質を説明し同時に電弱相転移が１次的相転移となるパラメータを調べ、加速器、暗黒物質実験、重力波実験での検証可能性を調べた。一次的電弱相転移を伴う拡張ヒッグス模型に基づいて重力波を評価、将来実験でスペクトルの違いによる模型の検証・区別の可能性を研究、またLHC実験とのシナジーを調べた。付加的なCPの破れを含む拡張ヒッグス模型を精査し、将来精密測定でヒッグスセクターのCPの破れの効果を捉えることができるかを調べた。
宇宙暗黒物質がディラック粒子である場合に着目、暗黒物質が電気および磁気双極子能率を持ち核子と暗黒物質の散乱断面積が大きくなることを具体的な模型で示した。暗黒物質のCP対称性を破る相互作用起源のグルーオンのWeinberg演算子を評価、中性子電気双極子能率から制限を与えた。偽スカラーが媒介する暗黒物質模型は、ツリーレベルで起こる核子との暗黒物質の産卵をを抑える模型である。ループレベルでの散乱過程を評価、将来暗黒物質直接探索実験に備えた。
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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
LHCコライダーの将来計画である、HL-LHCや、HE-LHCでの、暗黒物質やフレーバーの破れの信号の解析に貢献した。また、機械学習によるジェットの分類が成果を上げているが、今後はより効率的かつ安定に行う方法を開発する必要があることから、機械学習について重点的に研究を行い、ソフト、コリニア発散がなく理論的によく理解されているジェット内部の粒子を２点関数を利用した方法で成果を上げた。
様々な拡張ヒッグス模型において、ヒッグス粒子に関する結合定数の量子補正の計算を全て完了し、数値計算プログラムH-COUPを公開し、出版した。ヒッグスの崩壊確率と崩壊分岐比の研究に関しても、順調に進展し、成果を論文としてまとめた。U(1)Xのモデルの研究も完了し論文にまとめて出版した。様々な新物理模型の重力波による仕分けの研究も成果を論文として出版した。
電子、核子などの電気双極子能率は標準模型を超える理論におけるCP対称性の破れに高い感度がある。世代を変えない相互作用に現れるCP対称性の破れを起源にする電気双極子能率の評価は２ループレベルでほぼ完成させた。暗黒物質直接探索の理論研究ではスピンが０および1/2の場合は、有効理論からの計算をすべて明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
ジェットにおける機械学習が、新物理の探索に重要な成果を上げているが、機械学習による感度の向上がどのようなメカニズムで達成されたかが明確になっていない。CNN のようなジェットイメージを使った分類では、ソフトコリニアーの発散があり理論的に理解されていない分布を、使って分類を行っており、背景にある物理を理解しないまま、利用するのは危険である。そこで、ジェットの内部の粒子の分布を数学的な手法で解析し、その効果がジェットの分類にどのような成果を上げているか明らかにする。また機会学習のその他の物理への応用を発展させる。
ヒッグス粒子の崩壊率の計算プログラムを整備して、H-COUP ver. 2として公開し出版する。ヒッグス結合に対する2-loop効果の輻射補正計算を実施する。将来のヒッグス崩壊率測定による新物理効果の検証と、LHC実験における重いヒッグス粒子の直接探索実験とのシナジーを研究する。ヒッグスセクターの構造解明に向けた重力波実験とLHC実験並びにILC実験とのシナジーを研究する。電気双極子能率を満たし、かつ大きなCPの破れの位相が複数ある新モデルを研究し、そのLHCでの検証に関する研究を行う。
中性子の電気双極子能率への２ループの寄与で１部残っているグルーオンのWeinberg演算子の寄与についての評価を完成させる。また、世代混合に現れるCP対称性の破れ起源の電気双極子能率の評価を行う。スピン１やより大きなスピンを持つ暗黒物質の直接探索のための有効理論の整理を行う。
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