2024 Fiscal Year Research-status Report
Exploring the fundamental particle model by searching for lepton flavor violating processes
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22K03638
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
山中 真人 法政大学, 理工学部, 助手 (70585992)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 丈 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60322294)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | レプトンフレーバーの破れ / 深非弾性散乱 / 標準模型を超える素粒子模型 / ミューオン / 真ミューオニウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題はレプトンフレーバー非保存過程をプローブに用いて、根源的素粒子模型の検証を目指しています。今年度は、ミューオン、電子、フォトン２つから成る演算子による"ミューオン原子中におけるミューオンから電子とフォトンへの崩壊"を考案し、その反応率を定式化・算出しました。亜鉛等の大きめの原子核を用いた場合、本反応過程の探索がこの演算子に対する最も高感度なプローブとなり得ることを示しました。本研究は論文、並びに、物理学会大会等における口頭講演の形で成果発表がなされています。また、2023年度までに、レプトンフレーバーを破る深非弾性散乱断面積をグルーオンの寄与、及び、海クォークの影響等を十分な精度で取り入れながら定式化しました。この成果の発展研究として、2024年度はレプトンフレーバーの破れをもたらす媒介粒子とグルーオンの有効相互作用に注目しました。媒介粒子がどのクォークフレーバーと相互作用を持つかに応じて、この相互作用の移行運動量依存性にはっきりと違いが現れます。そこで、本研究では、この相互作用を通じたレプトンフレーバー非保存深非弾性散乱を詳細に調べ、媒介粒子と相互作用を持つクォークフレーバーの違いが微分断面積にもたらす影響を定量的に示しました。この結果を応用することでレプトンフレーバー非保存深非弾性散乱の微分断面積測定から根源的素粒子模型の特定が大きく進展することになります。現在、本研究成果をまとめており、近々論文の形で発表予定です。
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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
本研究課題の目的は「レプトンフレーバー非保存相互作用の検証を原子核を活用することでどれだけ高精度化・効率化できるか。また、原子核を含むレプトンフレーバー非保存過程の探索実験からどれだけ根源的素粒子模型の情報を洗い出せるか。」を調べ上げることです。2024年度、ミューオン原子を始状態とし、レプトンフレーバーを破る新規過程（ミューオン原子中におけるミューオンから電子とフォトンへの崩壊）を考案し、その反応率の定式化・算出を行ないました。本研究成果をミューオン-電子転換探索実験、及び、ミューオンから電子1つ・フォトン2つという崩壊探索実験と繋ぎ合わせることで、ミューオン-電子-フォトン-フォトンという相互作用、そして、その背後の模型をこれまでに無い精度可能となりました。本研究課題の目的を達するうえで、今年度の成果は多大なものとなります。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、レプトンフレーバー非保存過程をプローブに用いて、根源的素粒子模型の検証を目指します。特に、2025年度は、レプトンフレーバー非保存深非弾性散乱、並びに、真ミューオニウムのレプトンフレーバー非保存崩壊に注目します。レプトンフレーバー非保存相互作用のローレンツ構造（スカラー型、ベクトル型、双極子型など）、レプトンフレーバー非保存過程を媒介する粒子の質量、この媒介粒子と相互作用を持つクォークフレーバー種などをレプトンフレーバー非保存深非弾性散乱の精密測定からどこまで洗い出せるか調べ上げる予定です。一方、真ミューオニウムのレプトンフレーバー非保存崩壊をレプトンフレーバー非保存相互作用の検証プローブとなるよう必要な計算を進めます。例えば、真ミューオニウムのレプトンフレーバー非保存崩壊分岐比、また、種々のレプトンフレーバー非保存相互作用ローレンツ型同士の崩壊分岐比の相関などが考えられます。
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