2022 Fiscal Year Annual Research Report
Toward the new age for exploring the structure of electroweak vacuum: from Higgs physics to New physics beyond the standard model
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20H00160
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
兼村 晋哉 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (10362609)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
進藤 哲央 工学院大学, 教育推進機構(公私立大学の部局等), 教授 (60553039)
青木 真由美 金沢大学, 数物科学系, 教授 (70425601)
柿崎 充 富山大学, 学術研究部理学系, 准教授 (90612622)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ヒッグス粒子の物理 / 標準理論を超える物理模型 / 加速器実験 / 重力波実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、現行実験に加えて将来のHL-LHCでの新粒子探索、ILC等でのヒッグス超精密測定、LISA (さらに日本のDECIGO計画)における重力波観測等を組み 合わせ、ヒッグスセクターを解明し、新物理に迫ることにある。ヒッグスセクターの検証は、質量の起源を担うヒッグス機構 (弱ゲージ場や物質場とヒッグス粒 子の結合)の部分と電弱対称性の自発的破れを引き起こし電弱真空構造を決めるヒッグスポテンシャルの 部分に分けられる。これらを包括的に研究しヒッグス セクターを徹底的に解明して新物理に迫るには、上に述べた将来実験を総合的に活用することが鍵となる。実験間の相補性と、将来のほぼ同時代に行われる相乗 効果に注目し、ヒッグス物理の全貌を解明する為の理論研究を実施することにより、ヒッグス物理から新物理に迫る方法を確立する。その成果に基づいてヒッグ ス物理の解明に対する最適化を検討する。本研究では期間5年間を以下の3段階に分けて実施する。
・第一段階2020-2021年度 拡張ヒッグス模型の理論的性質と既存実験による制限の研究
・第二段階 2022-2023年度 各実験で相補的にモデルを検証するための理論的研究
・第三段階 2024年度 3実験の相乗効果でヒッグスセクターを解明する方法の確立
期間5年で成果を上げるため、様々な新物理に現れる拡張ヒッグスセクターのいくつかのモデルに焦点を絞り、その性質の研究と検証に向けた解析に集中する。
2022年度は、第二段階の研究に着手した。繰り込み可能な拡張ヒッグス模型、有効場の理論、複合ヒッグス模型、電弱バリオン数生成の模型、バリオン数生成に加えてニュートリノと暗黒物質も説明できる理論模型等に基づき、コライダー現象論、CPの破れの物理、電弱相転移の物理を研究し、重力波や原始ブラックホールを用いた検証可能性も議論した。
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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
2022年度は計画の第二段階、すなわち各実験で相補的にモデルを検証するための理論的研究にも着手した。検討するモデルとしては、繰り込み可能な拡張ヒッグス模型、ヒッグス有効理論、複合ヒッグス模型等を検討した。さらに電弱バリオン数生成が実現する拡張されたヒッグス模型を検討し、電気双極子モーメントの強い制限のもとでバリオン数生成に必要なCPの破れが許されること、電弱相転移が強い一次的相転移になる条件を入れて生成バリオン数を計算し、バリオン数非対称性を説明できる模型を構築し、その現象論的研究をおこなった。電弱バリオン数生成に加えてニュートリノ質量や暗黒物質を含むテラスケールの模型を検討し、諸問題を解決し、既存の様々な実験データを満たすパラメータ領域が存在することを確認した。また、CPが破れを伴う拡張ヒッグス模型のコライダー現象についても研究し多くの成果を出すことができた。加えて電弱相転移が複数回生じる模型における重力波の解析をおこなった。次にバリオン数生成で要求されるように電弱相転移が強い一次的相転移であれば原始ブラックホールが発生する可能性に注目し、原始ブラックホールが生成される条件や現象論的帰結、同時に生成される重力波との関係などについて研究した。電弱相転移現象を通じてヒッグス粒子の物理と重力波、原始ブラックホールが関係し、これらを総合的に研究することにより、将来の加速器実験と重力波実験に加えて近未来の原始ブラックホール探索が模型の制限に使える可能性が拓かれた。さらに古典的スケール不変性模型、擬南部―ゴールドストン模型、ゲージヒッグス模型等において輻射補正の効果を対等に取り入れた3点ヒッグス結合の予言の比較を行い、将来の高輝度LHC、ILC等でどのように分類されていくかを示した。以上より、総合的に考えて当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、現行実験に加えて将来のHL-LHCでの新粒子探索、ILC等でのヒッグス超精密測定、LISA (さらに日本のDECIGO計画)における重力波観測等を組み合わせ、ヒッグスセクターを解明し、新物理に迫る。実験間の相補性と、将来のほぼ同時代に行われる相乗効果に注目し、ヒッグス物理の全貌を解明する為の理論研究を実施することにより、ヒッグス物理から新物理に迫る方法を確立する。本研究では期間5年間を以下の3段階に分けて実施する。・第一段階2020-2021年度 拡張ヒッグス模型の理論的性質と既存実験による制限の研究、・第二段階 2022-2023年度 各実験で相補的にモデルを検証するための理論的研究、・第三段階 2024年度 3実験の相乗効果でヒッグスセクターを解明する方法の確立。
2022年度は、第二段階の研究に着手した。繰り込み可能な拡張ヒッグス模型、有効場の理論、複合ヒッグス模型、電弱バリオン数生成の模型、バリオン数生成に加えてニュートリノと暗黒物質も説明できる理論模型等に基づき、コライダー現象論、CPの破れの物理、電弱相転移の物理を研究し、重力波や原始ブラックホールを用いた検証可能性も議論した。今後は、第二段階の研究をより発展させていき、様々なヒッグスセクターの理論モデルに関する知見を拡げていき、総まとめとしての第三段階の研究に向けた準備を開始する。
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