2020 Fiscal Year Annual Research Report
標準理論を超えた新現象とニュートリノで探る新しい素粒子像
| Project Area | Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos |
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| Project/Area Number |
18H05543
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
津村 浩二 九州大学, 理学研究院, 准教授 (40648101)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下村 崇 宮崎大学, 教育学部, 准教授 (00447278)
安田 修 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (50183116)
杉山 弘晃 富山県立大学, 工学部, 准教授 (50548724)
佐藤 丈 横浜国立大学, 理工学府, 教授 (60322294)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ニュートリノ / 暗黒物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノ相互作用に非標準相互作用を導入すると異なるニュートリノ振動実験が示唆するパラメタ間の不一致を説明することができる。この非標準相互作用の有無を将来のニュートリノ振動実験によって検証する方法を提案した。さらに、非標準相互作用の存在を仮定して、長基線実験におけるニュートリノ振動現象のパラメタ縮退がどのように変化するかについての研究を行った。
ミュオン異常磁気能率の実験値が更新され、理論予言の乖離がより明らかになった。この乖離を最小の拡張で説明できるレプトン数の差をゲージ化した模型に、これまで考えられていないタイプの暗黒物質を導入し、そのスーパーカミオカンデおよびハイパーカミオカンデによる探索方法を検討した。また、この模型にとても強い制限を与えるコヒーレントなニュートリノトライデント生成に注目し、その様々な運動学的な分布を詳細に見ることでより多くの情報を取り出せることを示した。
擬南部ゴールドストン暗黒物質は直接観測によるとても強い制限を自然に避けることのできる魅力的な暗黒物質候補を提供する枠組みである。しかしながら、このような擬南部ゴールドストン暗黒物質の起源はこれまでアドホックに導入されてきた。そこで、ニュートリノの微小な質量を説明するシーソー模型の拡張として知られるバリオン数とレプトン数の差をゲージ化した理論からその性質の起源を提案した。
LHC実験のオプションであるFASERを用いて軽い新粒子の探索方法についての研究を行った。
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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
異なるニュートリノ振動実験が示唆するパラメタ間の不一致を説明する非標準相互作用は、将来の長基線ニュートリノ振動実験の大型アップグレードがあればパラメタ縮退を解くことまで含めて検証可能であることを示した。
レプトン数の差をゲージ化した模型にこれまでに提案されていたものとは異なるタイプの暗黒物質を導入できることを示した。さらに、その暗黒物質はスーパーカミオカンデやハイパーカミオカンデにおける超新星ニュートリノ探索の解析を応用することで検証できることを示した。コヒーレントなニュートリノトライデント生成はこの模型を強く制限することが知られているが、運動学的基本量を駆使することでより詳細な情報を引き出せることを示した。
暗黒物質の直接観測からの強い制限を避けるために提案された擬南部ゴールドストン暗黒物質を
バリオン数とレプトン数の差をゲージ化した模型から導いた。この模型はニュートリノの微小質量を説明するシーソー模型とよく整合しており、暗黒物質の長寿命性もシーソー機構同様に大きなスケールによる抑制として説明される。
積極的な探査が行われたテラスケールの新物理がなかなか見つからないことから、弱く相互作用する軽い新粒子の可能性が注目を集めている。そこで、LHC実験のオプションであり、早期の実現が可能なFASERを用いた軽い新粒子の探索方法をまとめた。
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| Strategy for Future Research Activity |
長基線実験以外のニュートリノ実験に着目して、ニュートリノ質量混合パラメタの縮退を解く方法を検討する。
ILCのビームダンプなどを用いて、多様な軽い新粒子（暗黒光子、アクシオン様粒子等）を探索する方法を系統的に調べる。
構築した擬南部ゴールドストン暗黒物質の模型の大統一理論への埋め込みを完成させ、暗黒物質の寿命や陽子崩壊の関係について調べる。
フレーバー対称性によって直接検出が抑制されるような新しいタイプの暗黒物質模型を構築する。
強いCP問題の解決方法であるPQ対称性とバリオン数を同一視する模型においてバリオジェネシスシナリオを完成させる。
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