2020 Fiscal Year Research-status Report
Extension of the standard model based on scale invariance and its verification trough gravitational waves
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19K03844
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
久保 治輔 富山大学, 理学部, 客員教授 (40211213)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スケール不変性 / 重力波 / 暗黒物質 / インフレーション宇宙 / 標準理論の拡張 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当研究の目的は、暗黒物質を含めた素粒子の質量の起源は何かという「問い」に対するスケール不変性に基づき標準理論を拡張するという「答え」を、重力波を 使って検証できないかを調べることである。
QCDの強い相互作用は、カイラル対称性を自発的に破ると同時にスケール不変性も自発的に破り、ハドロンの質量の99%を生成する。素粒子の標準理論に新たにQCDと類似したたhidden QCD sectorを導入し、そこで生成されたエネルギースケールが標準理論のエネルギースケールの起源（Higgs質量項の起源）であると仮定した。20年度は、このスケール生成が有限温度で一次相転移となっているパラメータ領域において、宇宙相転移によって生成される背景重力波スペクトルが将来の実験で観測可能であるかを調べた。この宇宙一次相転移の継続時間は、宇宙の膨張率を考慮すると、非常に短いことが判明したので、その効果を取り入れた。その結果、ヨーロッパで検討されているBig Bang Observer (BBO)において5年間以上の観測を継続すれば、検出可能であるという結論に至った。しかし、日本で検討されているDECIGOの実験では、背景重力波の検証は非常に難しいということが分かった。
また、同じパラメータ領域において、模型の予言する現実的な暗黒物質（カイラル対称性が自発的に破れる際に生ずる南部-Goldstone(NG) ボゾン）が存在できることを確認した。
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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
宇宙の膨張率（ハッブル定数）の逆数は宇宙の年齢なので、宇宙の一次相転移の継続時間はこれより長くなれない。さらに（宇宙をプラズマと考えた時の）音波から生成される背景重力波は、一次相転移の際に生ずる「泡」の衝突が終わった後に有効になるので、音波による背景重力波の生成時間はさらに短くなる。この効果は極最近指摘されたもので、当初の研究計画では考慮されていなかったが、計画は概ね順調に進んでいると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度は、プランク質量、暗黒物質の質量、Higgs質量、つまり、すべてのエネルギースケールの起源が同じであるような模型を構築する。さらに、スケール不変性が自発的に破れる際に生ずる南部-Goldstone(NG) ボゾン(dilaton)が宇宙のインフレー ションに欠かせないinlfatonの役割を果たしているかを調べ、現実的なインフレーション宇宙を記述できるかを調べる。
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| Causes of Carryover |
令和2年度はコロナ禍のため予定していた海外出張ができなくなり、旅費予算額60万円を使うことができなくなったため、次年度使用額が約50万円となった。しかし、令和3年度の後期は海外出張が可能となることを見込んでいるので、ドイツに長期滞在し共同研究を遂行する計画である。
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