2021 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, 大学院工学研究院, 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 |
ステライルニュートリノの存在は複数のニュートリノ振動実験から示唆されているが、素粒子の標準的な理論の枠組みには含まれておらず、その正体は依然として謎である。そこで、ニュートリノの４世代模型を考え、ニュートリノ望遠鏡におけるシャワーイベントを用いてステライルニュートリノを探索する方法を研究した。
これまでに人類が達成して作ることの出来る最高エネルギーのテラスケールで重い新粒子探索が精力的に行われてきたが、未だ標準模型を超える新粒子は見つかっていない。一方で、軽くて弱く相互作用する新粒子の可能性も依然として残っている。さらにそのような粒子は暗黒物質の良い候補となることから精力的に研究されるようになってきている。このような軽い粒子でレプトンに崩壊するものをビームダンプ実験を用いて検証する方法について検討した。
強い相互作用ではCP対称性はとても良くなりたっているが、弱い相互作用ではCP対称性が破れていることから、理論にCP対称性が課される必然性がない。これを強いCP問題といい、Peccei-Quinn機構を用いた解決方法がよく知られている。Peccei-Quinn機構に導入されるPeccei-Quinn対称性の起源は明らかではなく、レプトン数やバリオン数がその起源となる可能性を検討した。このような場合、Peccei-Quinn対称性が破れに伴って、レプトン数やバリオン数の破れが予言され得る。
熱的に生成される暗黒物質はとても魅力的であるが、直接検出実験の進展により非常に強い制限がつけられるようになった。この制限を自然に避ける事ができる擬南部ゴールドストンボソン暗黒物質の起源を大統一理論の観点から追求した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
IceCube実験のアップグレードを用いた超高エネルギーでのステライルニュートリノの探索は、これまで考えられてきた原子炉ニュートリノや基線長の短い加速器ニュートリノでの探索に比べて、大きな質量二乗差に感度があることを発見した。
レプトンフレーバーを破る相互作用を持つ軽い新粒子に対する新たな制限をE137実験の結果を再解釈することで得た。また、リニアコライダー実験のビームダンプを利用した将来的な感度についても評価した。新しいゲージ相互作用を通じてレプトンに崩壊する模型についても同様の解析を行って、その感度を明らかにした。
レプトン数やバリオン数およびその適切な線形結合を起源とするPeccei-Quinn機構の模型の一般的な構築方法を提案した。陽子崩壊を起こす模型、通常とは異なる陽子崩壊のみを起こす模型、中性子-反中性子振動を起こす模型、二重核子崩壊を起こす模型など、ユニークな予言を持つさまざまな模型が得られた。これらの模型は個々の実験を進展させることで区別するこも可能である。
大統一理論を起源とする擬南部ゴールドストンボソン暗黒物質の模型を構築した。この模型は、力の統一や物質の統一を達成するだけでなく、実験と矛盾のない熱的に生成される自然な暗黒物質を含む模型となっている。これまでに提案したバリオン数とレプトン数の差を起源とする模型に比べると、暗黒物質の質量が軽い領域のみが許さることが明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
IceCube実験のアップグレードを用いた超高エネルギーでのステライルニュートリノの探索は、これまで考えられてきた原子炉ニュートリノや基線長の短い加速器ニュートリノでの探索に比べて、大きな質量二乗差に感度があることを発見した。
レプトンフレーバーを破る相互作用を持つ軽い新粒子をLHCのFASERオプションで検出する方法について検討する。
レプトン数やバリオン数を起源とするPeccei-Quinn機構の模型に、宇宙のバリオン数非対称性を生み出す機構を組み込む。
これまでに提案した擬南部ゴールドストンボソン暗黒物質模型では、暗黒物質は長寿命ではあるが、必ず崩壊を伴うものだった。暗黒物質に何らかの荷電を組み込むことで安定な擬南部ゴールドストンボソン暗黒物質の可能性を追求する。
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Research Products
(38 results)
