2018 Fiscal Year Annual Research Report
Dark matter search at future lepton colliders
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16H02176
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松本 重貴 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (00451625)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳田 勉 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任教授 (10125677)
末原 大幹 九州大学, 理学研究院, 助教 (20508387)
藤井 恵介 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 (30181308)
石川 明正 東北大学, 理学研究科, 助教 (40452833)
山下 了 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 特任教授 (60272465)
竹内 道久 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任研究員 (60749464)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 素粒子論 / WIMP暗黒物質 / 国際線形加速器実験 / WIMPの直接・間接探査 / 大型ハドロン加速器実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の推進方策に沿って研究を発展させた。具体的には以下のとおりである。松本は軽いWIMP領域における有効理論を構築し、加速器実験、地下実験(直接検出)、宇宙観測(間接検出)からの制限と展望を明らかにし、将来電子・陽電子加速器実験においてヒッグスの希少崩壊が重要な役割を果たすことを明らかにした。藤井は暗黒物質の荷電パートナーの対生成(質量差が小さくLHCでの発見が困難な場合)のシミュレーションをほぼ完成し、発見された場合の模型パラメータの決定精度を評価した。末原は藤井とともにILCにおける暗黒物質の探索に関し、2フェルミオン終状態の精密測定を通して間接的に探索する方法を研究した。事象選別の改善とともに、乱数を用いて擬実験を繰り返し行う方法を用いて探索感度を正確に評価した。石川はBelle実験において電子に結合しない暗黒物質への媒介粒子の探索を行い、世界最高精度の結合定数の上限が出せると見積もった。山下はILCにおけるヒッグス不可視崩壊の測定精度の評価を行った。測定器のパラメータと分岐比上限との関係性を評価し、測定器モデルの最適化の指針を示した。またグシーノ直接生成について生成断面積の測定精度を評価し、理論モデルと照らし会わせて超対称性理論のパラメータに当てる制限の精度を評価した。柳田はLeptogenesisのために２つの重たい右巻きニュートリノが必要である事実を踏まえ、3番目に右巻きニュートリノの果たす役割について研究を行い、これが宇宙の暗黒物質になりうることを示した。竹内はヒッグスの自己結合相互作用をHE-LHC, 100TeVコライダーにおいて、どの程度の精度で決定可能かを試算した。更にヒッグスの測定により感度のある次元六のオペレーター全てと暗黒物質への崩壊を考慮した場合に拡張し、相関を含めてどの程度の精度で決定可能かを試算した。
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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
昨年度前半における国際リニアライダー計画を推進する国際グループの提案に基づく500GeVから250GeVへの衝突エネルギーの変更を受け、昨年度後半に行った本プロジェクトの軌道変更を引き継ぎ、順調に研究を発展することが出来た。具体的には本研究発足当初から研究を行ってきた暗黒物質の対生成を伴う単光子過程に加え、ヒッグス粒子から暗黒物質対等への崩壊過程(ヒッグスのインビジブル崩壊過程)や、標準模型のフェルミトン対等への生成プロセルに対する暗黒物質からの輻射補正の精密測定の研究が発展し、さらにヒッグス粒子から軽いフェルミオン暗黒物質に伴う媒介粒子への崩壊過程(ヒッグスの希少崩壊)に関する研究もスタートさせることが出来た。一方理論側面からは、超対称性理論に基づく暗黒物質の議論のみならず、ニュートリノ質量や宇宙のバリオン数の起源となる標準模型＋右巻きニュートリノ系における暗黒物質候補に関しても研究が進んだ。さらに現象論側面の研究では、軽い暗黒物質において様々な実験や観測からの制限を考慮したうえでの模型パラメータ領域を定量的に示すとともに、宇宙の小規模構造問題とのかかわりについても研究を始動することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
識別性能の評価を行う。また、250 GeVに加えて、将来のコライダー計画の選択に重要な、重心系エネルギーが高い場合の評価も行う。石川は Belle II 実験における電子に結合しない暗黒物質へのベクトルメディエータ粒子の探索の解析を完結し、論文を投稿する。また、B中間子崩壊における暗黒物質へのスカラーメディエータ粒子の探索を開始する。柳田は、第３番目の右巻きニュートリノを暗黒物質とする模型はTeVスケールに第３番目のquarkやleptonとcoupleするB-L gauge bosonが仮定されていることを踏まえ、このgauge bosonを次期のLHCで発見する方法を明らかにする。山下は電子陽電子衝突実験において直接生成可能な暗黒物質探索について、その感度の評価を現実的な物理シミュレーションを用いて行う。特に暗黒物質と随伴生成される粒子の崩壊全てを解析対象とし、フレーバー同定アルゴリズムを取り入れた運動学的制約を用いることで、精度向上を狙う。竹内は、軽い暗黒物質が存在する場合一般にヒッグスの見えない崩壊幅の増加が期待されるが、LHC実験、また将来ハドロンコライダー計画における検出精度を試算し、更により詳細な解析に感度の向上が可能かどうかの研究を行い、ILC計画における感度との比較が可能となるようにする。
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[Journal Article] Measurement of the electron transmission rate of the gating foil for the TPC of the ILC experiment2019
Author(s)
Kobayashi M.、Ogawa T.、Shoji A.、Aoki Y.、Ikematsu K.、Gros P.、Kawaguchi T.、Arai D.、Iwamura M.、Katsuki K.、Koto A.、Yoshikai M.、Fujii K.、Fusayasu T.、Kato Y.、Kawada S.、Matsuda T.、Narita S.、Negishi K.、Qi H.、Settles R.D.、Sugiyama A.、Takahashi T.、Tian J.、Watanabe T.、Yonamine R.
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Journal Title
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
Volume: 918
Pages: 41～53
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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