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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Exploring light dark matter through long-lived particle searches

Research Project

Project/Area Number 21K20365
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

浅井 健人  東京大学, 宇宙線研究所, 特任研究員 (00913774)

Project Period (FY) 2021-08-30 – 2023-03-31
Keywords暗黒物質 / 長寿命粒子探索実験 / 標準模型を超える物理 / 素粒子現象論
Outline of Annual Research Achievements

暗黒物質は、様々な宇宙観測によって存在が確かであると考えられていながら、その性質はほとんど解明されていない。暗黒物質が素粒子であるならば、様々な実験事実を説明し確立した模型である素粒子標準模型中には存在しない粒子であり、その拡張が必要となる。現在、理論・実験の両面から暗黒物質の性質の解明、探索が行われており、近年GeV以下の軽い質量を持つ暗黒物質が注目を集めている。宇宙から飛来する軽い暗黒物質はその軽さゆえに核子を反跳させるエネルギーを持たず、直接検出実験の強い制限を回避することが可能である。一方でビームダンプ実験といった長寿命粒子探索実験では高エネルギーの暗黒物質が生成されるため、核子との反跳とその検出も可能となる。
本年度では,日本で計画されている電子・陽電子線形加速器であるInternational Linear Collider(ILC)のビームと,そのビームを廃棄するためのビームダンプを用いた長寿命粒子探索実験であるILCビームダンプ実験による軽い暗黒物質探索を議論した.一例としてダークフォトンを媒介粒子とする暗黒物質模型を考え,ビームダンプおよびシールドの背後にある崩壊領域にて重い暗黒粒子が軽い暗黒粒子と荷電粒子に崩壊するイベント,および崩壊領域の背後に設置された検出器内で電子と弾性散乱するイベントを評価した.その結果,長寿命粒子探索実験であるILCビームダンプ実験が上記暗黒物質の探索に対して感度を持つことを明らかにした.

Remarks

備考にある論文は現在査読中でありまだ出版はされていないが,本研究計画の目的と密接に関係があるため,ここに記載する.

  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] バルセロナ大学(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      バルセロナ大学
  • [Int'l Joint Research] 四川大学/北京大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      四川大学/北京大学
  • [Int'l Joint Research] コーネル大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      コーネル大学
  • [Int'l Joint Research] エトヴェシュ・ロラーンド大学(ハンガリー)

    • Country Name
      HUNGARY
    • Counterpart Institution
      エトヴェシュ・ロラーンド大学
  • [Journal Article] Asymmetric mediator in scotogenic model2023

    • Author(s)
      Asai Kento、Sakai Yuhei、Sato Joe、Takanishi Yasutaka、Yamanaka Masato
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 836 Pages: 137627~137627

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2022.137627

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Search for lepton flavor violating decay at FASER2023

    • Author(s)
      Araki Takeshi、Asai Kento、Otono Hidetoshi、Shimomura Takashi、Takubo Yosuke
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2023 Pages: -

    • DOI

      10.1007/JHEP01(2023)145

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Probing the Lμ-Lτ gauge boson at the MUonE experiment2022

    • Author(s)
      Asai Kento、Hamaguchi Koichi、Nagata Natsumi、Tseng Shih-Yen、Wada Juntaro
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: L051702~L051702

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.L051702

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Scalar dark matter with a μτ flavored mediator2022

    • Author(s)
      Asai Kento、Miyao Coh、Okawa Shohei、Tsumura Koji
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: 035017~035017

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.035017

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Chiral Z' in FASER, FASER2, DUNE, and ILC beam dump experiments2022

    • Author(s)
      Asai Kento、Das Arindam、Li Jinmian、Nomura Takaaki、Seto Osamu
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: 095033~095033

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.095033

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ILC Beam Dump Experiment and New Physics Search2023

    • Author(s)
      浅井健人
    • Organizer
      IAS Program on High Energy Physics (HEP 2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Scalar Dark Matter with a μ-τ Flavored Mediator2022

    • Author(s)
      浅井健人
    • Organizer
      基研研究会 素粒子物理学の進展2022
  • [Presentation] 長寿命粒子探索実験によるカイラルなゲージボソンの探索2022

    • Author(s)
      浅井健人
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [Presentation] Scalar Dark Matter with a μτ Flavored Mediator2022

    • Author(s)
      浅井健人
    • Organizer
      Summer Institute 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Search for Lepton Flavor Violating Decay at FASER2022

    • Author(s)
      浅井健人
    • Organizer
      Flavor Physics Workshop 2022
  • [Remarks] Sub-GeV dark matter search at ILC beam dumps

    • URL

      https://arxiv.org/abs/2301.03816

URL: 

Published: 2023-12-25  

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