2017 Fiscal Year Annual Research Report
ヒッグス物理とフレーバ物理による標準理論を超えた新物理学理論の探究
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16F16321
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
兼村 晋哉 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (10362609)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ZHENG YA-JUAN 大阪大学, 理学研究科, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2016-11-07 – 2019-03-31
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| Keywords | ヒッグス粒子 / 加速器実験 / CPの破れ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、標準理論で説明することができない諸問題、すなわちニュートリノ質量、暗黒物質、宇宙バリオン数非対称性等を説明するために考案した新物理模型を、現在稼働中のLHC実験（Run II）やその高輝度実験(LHC3000)、国際リニアコライダー(ILC)を初めとする将来のレプトンコライダー実験等のコライダー実験と、各種フレーバー実験、暗黒物質実験を組み合わせて検証する為の研究を行う。今年度は、宇宙バリオン数非対称性問題（宇宙バリオン数生成問題）を説明するシナリオに要求される条件（サハロフの条件）として必須の性質であるCP対称性の破れを研究の中心に据えて、陽子陽子衝突であるLHC実験や将来のILC実験などの加速器実験で模型を検証するための研究を行った。CP対称性の破れは標準模型を超える新物理学に由来するノンスタンダードな相互作用を検証する上で強力な武器でもある。まず最初に電子陽電子衝突によるトップ対とヒッグス粒子の随伴生成過程に注目し、トップクォークと反トップクォークの角度分布を計算することにより湯川結合のCPの破れをどの程度検証できるかを明らかにした。CPの破れに対する感度は電子陽電子衝突のエネルギーとともに急激に大きくなることを発見し、５５０GeVのILC実験では10%に上ることを示した。その後、LHC実験で検証できるシングルトップのヒッグス粒子随伴生成過程におけるCPの破れについても研究した。
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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
本研究では、階層性問題やニュートリノ質量、暗黒物質、バリオン数生成を同時に解決し得る超対称性模型に注目し、その現象論研究を実施する。その中で大きく２つのシナリオを考える。１つ目は、最小超対称性標準理論のシナリオで、ニュートリノ質量、バリオン数生成、暗黒物質はそれぞれテラスケールに比べて高いエネルギー領域の物理によるシーソー機構とレプトジェネシス、暗黒物質候補はウイノ等の最も軽い超対称性粒子のシナリオである。２つ目は、上記の３問題をテラスケールの物理、すなわち量子補正によるニュートリノ質量生成機構、電弱バリオン数生成機構およびWIMP暗黒物質で解決するシナリオである。この理論ではバリオン数生成のサハロフ第三条件（熱的非平衡条件）を電弱相転移が一次的相転移であることで満たすため、高エネルギーでヒッグスセクターの自己相互作用が強くなる傾向があり、コライダー実験を用いて仔細に検証できる可能性が高い。このシナリオに基づく紫外安定な模型の構築し、既存データの制限下で３つの諸問題を解決できるベンチマークシナリオが研究されたが、本研究ではこのベンチマークを再検討してコライダー実験やフレーバー実験、暗黒物質実験を立体的に用いた検証可能性を調べる。今年度のCPの破れに関する研究は、本研究計画の最終目的に向かう重要なステップであり、今後CPの破れを通じた上記の新物理模型の検証可能性を研究することにつながる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の成果を元に一般的な状況でCPの破れを含む相互作用をコライダーでどのように検証するかの研究を進める。ついでその研究を発展させて、拡張ヒッグスモデルに基づく電弱バリオン数生成のシナリオなど、バリオン数生成を説明するシナリオに適用し、CPの破れ以外の様々な実験からの制限を考慮しつつ模型のパラメータを制限し、そのパラメータ領域で模型のCPの破れの効果をコライダー実験で検証するための研究を行う。最後に、ニュートリノ質量、暗黒物質、バリオン数生成を同時に説明する具体的なテラスケールの模型を考えて、その模型をCPの破れや様々な性質の測定を用いて検証するための研究を行う。
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