2020 Fiscal Year Research-status Report
Search for dark matter at hadron collider with precision measurement and exotic track
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18K13535
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
白井 智 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (10784499)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / LHC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
暗黒物質の存在は宇宙論、天文学的観測から確実視されており、その正体の解明が素粒子物理学における最も重要なテーマの一つである。暗黒物質は質量を持った何らかの物体であることはわかっているのだが、その起源については様々な説が提唱されている。そのような中、電弱相互作用をする暗黒物質というのは非常に重要な候補である。このような種類の暗黒物質は様々な新物理模型に自然な予言であると共に、フリーズアウト機構から予測される存在量も現在の観測と矛盾しない。
電弱相互作用をする暗黒物質に関して様々な検出方法が提案されているが、最も確実な検出方法としては加速器実験において直接暗黒物質を生成することであると考えられる。しかしながら生成確率自体は大きく現在の加速器実験でも大量の暗黒物質を生成することが可能ではあるが、暗黒物質の特性として通常の物質との相互作用が極めて弱いために加速器物理で如何に暗黒物質シグナルを検出するかが問題になる。
本研究ではエキゾチックトラックと精密測定によって暗黒物質を探そうという試みであるが、当該年度では特に精密測定のための理論計算において大きな発展があった。スレッショルド効果とよばれる量子効果について高次摂動効果と非摂動効果についての理論計算を行なった。この結果として、スレッショルド効果は従来の推定よりも数十パーセントほど大きくなることを明らかにした。これはLHCの実データを用いた解析に大きな影響を与えると考えられる。
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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
2020年度は主に精密測定に必要な理論計算を進めていたが、従来は考えられていなかった高次摂動効果と非摂動効果を計算することが出来た。これらの効果は暗黒物質のシグナル強度を高めることが明らかになった。この効果によってLHCなどの実データを用いた解析では暗黒物質への感度がより高まると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、エキゾチックトラックと精密測定を用いた暗黒物質探査について特に、LHC実データを用いた解析を進める。また、それと同時にレプトンコライダーを用いた同様の解析を進めることを計画している。本研究計画ではもともとハドロンコライダーをターゲットにしていたが、本研究計画で得られた知見をレプトンコライダーへ応用することで、暗黒物質探索、及びその測定についてより多くの情報を得ることが可能になると考えている。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの流行のため予定していた海外研究機関での滞在がキャンセルになったため、次年度使用額が生じた。コロナ禍の影響を考え、オンラインでのミーティングをスムーズに進めるための機材の導入を計画している。また共同研究者を海外から招聘するための予算にあてる予定である。
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