2020 Fiscal Year Annual Research Report
質量階層性に対する新しい原理が導く多彩な物理現象とプランクスケールの物理
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18H03708
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
磯 暁 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 (20242092)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
淺賀 岳彦 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70419993)
川合 光 京都大学, 理学研究科, 教授 (80211176)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 階層性問題 / 右巻きニュートリノ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電弱スケールとプランクスケールの質量階層性に対する新しい指導原理に基づく物理現象を、ボトムアップおよひトップダウンの双方のアプローチから検討し、その地上実験や宇宙観測による検証方法について考察した。 ボトムアップアプローチとしては、右巻きニュートリノによるシーソー機構により質量を得たニュートリノの一つが微弱な湯川結合を持つ場合の初期宇宙発展への影響を考察した。この粒子は長寿命となるため宇宙のエントロピー生成に寄与し、特に原始インフレーションによる重力波生成に影響を与えることを示した。また電弱相転移が過冷却を引き起こした場合に、アキシオン場が原始インフレーションで作る揺らぎについて、背景輻射の等曲率揺らぎ、非ガウス性の観点から観測と比較し、質量階層性原理の帰結についての考察を行った。トップダウンアプローチとしては、Hawking輻射においてプランクスケールの物理が重要となり、観測される可能性について論じた。さらに、漸近的には異なる二つの慣性系の間の等価原理は限界があり、量子的なものに置き換えられるべきであることを論じた。また、MPP原理とその背後 にある行列模型による時空・物質の創発と質量階層性の起源に関して、多重臨界点原理を仮定したときに電弱スケールが自然に説明できる最も簡単な標準模型の拡張として、標準模型＋２個の１重項スカラーを考え、暗黒部室、インフレーション、ニュートリノ質量、原子重力波などに対する制限を調べた。さらに、弦理論から導かれる高次元ゲージ理論をコンパクト化することで４次元のヒッグス場とそのポテンシャルを導出する模型を構築し、特にゲージ対称性が自発的に破れた時に、従来考えられていた質量０の粒子だけでなく、コンパクト化のスケールの有限質量をもっていた粒子の振る舞いについても詳細な解析を行ない、ヒッグス場凝縮で対称性が増大する場合もあることがわかった。
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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
当初の計画どおり、ボトムアップ及びトップダウン双方のアプローチから、階層性問題によるプランクスケールと電弱スケールの橋渡しへ向けて理解を進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
LHC以後の素粒子実験がますます標準模型を精密に測定し、そこからのずれを小さくする方向へ動いており、ボトムアップアプローチの手がかりをより初期宇宙へ向けないとならない状況になっている。今後はさらに、原始ブラックホールや重力波などに手掛かりを求めるとともに、最近の量子センサー技術の発展を鑑みて、新たな素粒子実験の提案などにも取り組むことで、階層性問題へ迫るアプローチを探索する。トップダウンからは、弦理論による輻射補正の振る舞いを、モジュラー不変性など弦理論特有の性質を駆使して解析し、プランクスケールと階層性問題の関連を明らかにするための研究を進める。
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