2022 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study on the search for the weak-charged thermal dark matter
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20H01895
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松本 重貴 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (00451625)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白井 智 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (10784499)
林 航平 一関工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (20771207)
久野 純治 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 教授 (60300670)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / 直接探査 / 間接探査 / 加速器探査 / 暗黒物質分布評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は前年度までの研究をさらに進展させると共に、新しい方向へも研究を進展させた。久野は、電弱相互作用を持つスピン１のベクター粒子が暗黒物質となる繰り込み可能な模型において、初期宇宙熱的に暗黒物質が生成され、それらが脱平衡したことで現在に残ったとの仮説（熱的残存仮説）のもと、暗黒物質の残存量についてSommerfeld効果を取り入れ評価を行なった。また、暗黒物質が電磁多極子能率を持つスピン１の軽いベクター粒子である模型が、重いベクター粒子模型の相互作用が小さい極限で導かれることに着目し、暗黒物質残存量、天体現象からの制限を明らかにした。白井は、加速器実験での暗黒物質シグナルを正確に予言するための理論計算を行った。弱電荷をもつ暗黒物質は電荷をもつ電弱パートナーが存在するが、その崩壊の仕方が加速器シグナルに重要な働きをする。本年度はウィーノ暗黒物質について、その荷電パートナーの崩壊率の高次補正を計算し、もっとも正確な推定を与えた。林は、銀河系矮小銀河のより正確な暗黒物質分布推定において重要な観測サーベイとなる、すばる望遠鏡超広視野多天体分光器(PFS)を想定した模擬データの作成を進めた。実際の矮小銀河と同様の星の色、等級、金属量、速度などを再現したデータを作成した。また、暗黒物質分布推定においてコンタミネーションとなるバイナリー星の影響を考慮するため、これらの星を含めたデータの作成を行った。松本は暗黒物質の模型においてしばしば導入される媒介粒子の物理について研究を発展させた。媒介粒子はその種類（スピンや相互作用等）により、様々な標準模型粒子に崩壊し、それが加速器における探査感度の評価に重要な役割を果たす。可能な崩壊モードをリスト化し、それぞれにおいて現実的なシミュレーションを行うことで、将来のLHC加速器実験や100TeV加速器実験における探査感度の評価を定量的に行った。
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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
本年度は弱電荷を持つ暗黒物質の加速器探査、及び宇宙観測を利用した間接探査に重要となる近傍の矮小銀外における暗黒物質分布の評価について大きな進展が得られた一方、スピン１の弱電荷を持つ暗黒物質の模型構築や、暗黒物質を含む素粒子模型で一般的に導入される媒介粒子の加速器における探査の研究等、本研究課題に沿った新たな研究の方向性についても明らかになった。来年度以降も引き続きこれらの研究を精力的に進めると同時に、本研究の成果についても広く周知していきたい。特に、国内外においてコロナ禍の影響が収束されつつある現在、国外における国際会議に積極的に参加して成果を発表したり、国内において研究会を開き、国内外から関連する研究者を招いて議論を行うことで、上述の計画を達成させていこうと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度も、昨年度までの研究を引き続き行いさらに発展させるとともに、新しい研究にも着手する。前者に関連する研究としては以下を計画している。１．WIMP暗黒物質の加速器でのシグナルについての正確な予言を得るため、高次の量子効果とQCDの非摂動効果を取り入れた計算を行う。今年度は特にHiggsinoと呼ばれる暗黒物質候補についての計算を行う予定である。２．電弱相互作用するベクター粒子がWIMP暗黒物質であるとき、熱的残存仮説により観測された暗黒物質の量が説明された場合に期待されるWIMP質量の評価を引き続き行う。３．すばる望遠鏡超広視野多天体分光器(PFS)の観測開始が来年に迫り、より具体的な銀河系矮小銀河の観測戦略が必要となる。今年度は、PFSで想定される観測エラーなども考慮したより現実的な模擬データを用いて、銀河系矮小銀河の暗黒物質分布推定の研究を進める。また、暗黒物質ハローの非球対称性及びコンタミネーションの影響を同時に考慮した銀河系矮小銀河の動力学解析手法の構築を進める。後者に関連する研究としては以下を計画している。昨年度まで発展させてきたTeVスケールの暗黒物質候補は、基本的にはZ2対称性を用いて暗黒物質の安定性を保証してきた。本年度は、これらの研究を更に発展させると共に、Z2以外の対称性を用いた重い暗黒物質の模型構築、及び直接、加速器、間接探査におけるシグナルの研究も進める。
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