2020 Fiscal Year Annual Research Report
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20J00046
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
千草 颯 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, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 電弱相互作用 / 消失飛跡探索 / 長寿命粒子探索 / 超対称模型 / 真空崩壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度までの研究実施状況としては、電弱相互作用を持つ新物理模型へのアプローチとして、(I)消失飛跡探索を通じた (Ia) 新粒子の寿命測定、 (Ib) 最終生成物の判別、および (II) 電弱真空の安定性を用いた。以下では各研究内容について報告する。
(Ia) 新粒子の寿命測定：超対称性模型の一種であるAMSB模型に存在する長寿命の荷電Wino粒子が将来の粒子加速器で観測される状況を考え、それらの質量と寿命を測定する手法を与えた。AMSB模型では重い荷電Winoの寿命は0.2ns程度であるが、我々の結果はこれをO(10)%の精度で決定できる可能性を示唆している。この精度の寿命測定により、観測された長寿命粒子の性質がAMSB模型の予言と矛盾しないかどうかを検証することが可能である。
(Ib) 最終生成物の判別：AMSB模型のもう一つの特徴として、ハドロン加速器で生成されやすいgluinoが様々な崩壊過程を通じてWinoに崩壊するということが挙げられる。この崩壊分岐比は、より重いクォークの超対称パートナーの質量比によって決定されるため、崩壊分岐比の測定は実験の到達範囲を越えたエネルギースケールの物理のヒントたりうる。我々は崩壊の最終生成物にタグ付けする解析を通じて崩壊分岐比を測定する手法を提案し、それによる模型のパラメーターの決定精度を議論した。
(II) 電弱真空の安定性：超対称性模型などの複雑な模型で電弱真空の安定性を議論するためには、複数のスカラー場を含む模型における真空の崩壊率の定式化が必要である。我々の研究では、今までの文献に存在しなかった一般の模型におけるループ補正の項の定式化を完成させ、応用計算を行うための基礎を完成させた。
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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
研究実績の概要で述べた3種類の新物理へのアプローチは、すでに複数の学術雑誌で出版済みである[（Ia） Physics Letters B Volume 803 (2020) 135260、（Ib） Phys.Lett.B 817 (2021) 136332、（II） JHEP 11 (2020) 006]。この事実は、本研究課題の下で行われた現在までの研究が業界一般に興味深いものであることを示している。また、これまでの研究の成果はそれぞれ （Ib） 長寿命粒子を用いた新物理探索における有効理論や機械学習を用いた最終生成物の判別、および （II） 現象論的に興味深いヒッグス二重項が複数存在する模型などへの真空崩壊率の計算の応用、といった次のステップへの足掛かりとなるものであり、次年度以降の研究の下地を固めたという観点でも、現在までの進捗は芳しいものであると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
初めに、標準模型の精密測定を用いた新粒子の探索として、電弱ゲージボソンの対生成過程に対して電弱相互作用を持つ新粒子が与える影響を考え、太いジェットを用いた解析で終状態ゲージボソンを同定することで、新物理への感度がどの程度得られるかを調査する。
また、(Ib) 最終生成物の判別の手法を有効理論を用いた解析に発展させ、模型依存性の低い解析を行うことを目指す。重い新粒子を積分した結果得られる演算子のイベント数への影響をシミュレーションを通じて見積もり、新物理への感度へ焼きなおす。
さらに、(II) 電弱真空の安定性のアプローチを現象論的に興味深い模型へと応用し、そのパラメーター空間に対する制限を見積もる。さまざまな実験結果を説明できるパラメーターの選び方と電弱真空の安定条件が共存可能かどうかを検証する。
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