2017 Fiscal Year Research-status Report
銀河内外のX線やガンマ線で探る縮退質量スペクトルを擁する素粒子模型
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16K17693
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| Research Institution | Kyoto Sangyo University |
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Principal Investigator |
山中 真人 京都産業大学, 益川塾, 博士研究員 (70585992)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 標準理論を超える新物理 / 暗黒物質 / 物質・反物質非対称 / レプトンフレーバーの破れ / 長寿命荷電粒子 / 初期宇宙元素合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
素粒子標準理論を超える新物理の候補の1つに超対称模型が挙げられる。本模型で暗黒物質を担う超対称粒子ニュートラリーノは、観測と整合する残存量を要求すると、電荷を持つ超対称粒子と縮退質量を持つ必要がある。この荷電超対称粒子は、質量縮退がもたらす位相空間抑圧により、崩壊率が極めて小さい、つまり、非常に長寿命の粒子となる。こういった長寿命荷電粒子は、初期宇宙元素合成時に新奇な核反応を誘起し、宇宙物理・核物理にとって悩みであったリチウム問題を解決することができる。したがって、縮退質量スペクトルを持つ超対称模型シナリオは暗黒物質量のみならず軽元素合成量をも観測値と無矛盾にもたらすことができる。
では、宇宙物理に残るもう1つの大きな課題、すなわち、物質・反物質非対称についてはどうだろうか。もし、上述のシナリオが自然界を記述しているとすると、物質・反物質非対称をももたらして然るべきである。今年度、この疑問に答えるべく研究を遂行した。
物質・反物質非対称をもたらす機構として、レプトジェネシス機構を本シナリオに採用した。最も基本的なレプトジェネシス機構に対し、超対称模型の特質、並びに、初期宇宙熱浴の影響（フレーバー効果、スペクテーター効果）を的確に取り込みながら物質・反物質非対称を算出した。その結果、ニュートリノ振動等の観測実験と整合するパラメーター領域において、観測と無矛盾な物質・反物質量を本シナリオがもたらすことを確認できた。さらに、その帰結として予言されるレプトンフレーバーの破れについて検討し、本シナリオにおけるほぼ全てのパラメーター領域が近未来の実験で検証されることを明らかにした。
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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
縮退質量スペクトルを持つ模型として有力候補の1つである超対称模型を宇宙物理・素粒子物理の理論・実験双方の観点から深く掘り下げて論じることができた。今年度得られた結果は、今後ガンマ線やX線観測の結果と絡めて模型の実現可能性・パラメーター特定を論じる際、確かな精度を持たせるうえで欠かせないものとなる。そういった意味で本研究課題は確実な進展が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究において、長寿命荷電粒子の初期宇宙における存在量はこの粒子がどういったフレーバー構造を擁するかに強く依存することを示した。この傾向は様々な模型・シナリオにおいて同様に現れる。そこで、模型・シナリオを限定せずに、初期宇宙における長寿命荷電粒子存在量のフレーバー依存性を今後の現象解析に有用な形で定式化する。それと並行し、長寿命荷電粒子が持つフレーバー構造を地上実験（加速器実験やフレーバー非保存過程探索実験）で相互検証する術について検討する。
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