2021 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos |
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| Project/Area Number |
18H05542
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
伊部 昌宏 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (50599008)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡利 泰山 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (40451819)
石渡 弘治 金沢大学, 数物科学系, 准教授 (40754271)
北野 龍一郎 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 (50543451)
永田 夏海 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (60794328)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 素粒子標準模型を超える物理 / 初期宇宙論 / ニュートリノ / 弦理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は素粒子標準模型における未解決問題を解決する模型や大統一模型に対する新たなアイデアを提案し、ニュートリノ物理で探ることの出来る新物理の範囲を広げていくことにある。以下本年度の主な成果例を挙げる。
(1)質量がO(1)MeV程度の比較的軽い暗黒セクターのスカラー粒子が与える宇宙背景ニュートリノの有効世代数への影響を解析し制限を導いた。また、暗黒物質模型として残存量が宇宙の物質反物質非対称性の量に比例するいわゆる非対称暗黒物質の新たな模型を提案した。その模型では軽い暗黒光子が自然に実現され、ニュートリノ有効世代数からの制限を回避できる利点を持っている。その他、標準模型におけるヒッグス場の安定配位である電弱スキルミオンが暗黒物質となっている可能性も議論した。さらに観測と整合する超共形対称性を持つハイブリッドインフレーションを一般化して提示し、アクシオン場とゲージ相互作用がもたらすバックリアクション効果を定量的に評価した。
(2)2021年度前半にミューオンの異常磁気能率の理論予測値と観測値の乖離が確かめられた。それを受け、この結果を説明する模型・シナリオを提示し，それらの検証方法を明らかにした。特に g-2 の乖離を説明可能な Lmu-Ltau ゲージ模型を将来のMuonE実験で直接的に検証可能であることを示した。またヒッグス物理やニュートリノ物理にも有効だと期待される正電荷ミューオンを高エネルギーまで加速して電子やミューオン同士で衝突させる「μTRISTAN」実験の提案も行った。
(3)ヘテロ型弦理論とIIA型弦理論で3+1次元のLorentz対称性とN=2の超対称性を持つ真空解の分類について、モノドロミー行列を直接数値計算して整数性を課すという新たな手法を導入、確立した。ほとんどの弦理論の真空は、内部空間の幾何としての解釈を許すものではないかという示唆が得られた。
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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
本年度は、素粒子標準模型における未解決問題である暗黒物質の模型や、ニュートリを含む大統一模型の新たな提案など、宇宙論と対称性を繋ぐ様々な研究を推進してきた。特に、近年注目が集まっている比較的軽い質量を持つ暗黒物質模型群に対してニュートリノの有効世代数が重要なプローブとなることを示したことは、重要な成果であると言える。また、上記の実績の概要で挙げた研究以外にも、大統一模型および陽子崩壊の予言に関する研究も進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き新物理模型の提案およびそれらの発展的な研究を行う。またこれまでの新提案の検証可能性の研究を通じてニュートリノ物理に対する新たなインプットに繋げていく。以下いくつかの研究計画を挙げる。
1. 2021年度に推進した Lmu-Ltau ゲージ対称性の破れの初期宇宙での様相を調べ、レプジェネシスなど物質・反物質非対称性の起源との整合性について研究を行う。またニュートリノ質量に対する予言を整理する。
2. 2021年度に推進したヒッグス場が南部・ゴールドストーン場であるというタイプの大統一模型における陽子寿命の予言を定量的に与える。
3. 暗黒物質の小規模構造を用いて宇宙初期の曲率揺らぎを制限する新たな手法の研究を行う。
4. μTRISTAN実験においてどのスケールの新物理まで探ることができるのかについて研究を行う。
5. 時空の幾何を定めると、弦理論では2次元時空上の共形場理論が定まる。この共形場理論が有理共形場理論になるのはどのような時空の幾何の場合かについて研究を進める。
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