2015 Fiscal Year Research-status Report
暗黒物質を含む素粒子模型とその初期宇宙論およびコライダー現象論
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26800123
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
濱口 幸一 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80431899)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / 超対称性理論 / LHC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・AMS02で報告された反陽子スペクトラムについて、暗黒物質の対消滅または崩壊によるスペクトラムとの整合性を解析する研究を行った。特に対消滅の場合には、Wボソンの超対称パートナーであるウィーノ暗黒物質が3TeV近い質量を持っている場合にスペクトラムが合う事を示した。ウィーノ暗黒物質は、スカラー粒子が比較的重い超対称模型で典型的に予言されている暗黒物質であり、ヒッグス粒子の質量が重い超対称スカラー粒子を示唆している事から注目を集めている。さらに3TeVという質量は、ウィーノの熱的残存量がちょうど観測されている暗黒物質の密度と合致する値である。反陽子スペクトラムについては宇宙線の伝搬などから来る大きな不定性があるためはっきりとした結論を出すのは難しいが、興味深い結果が得られたと考える。
・超対称性理論におけるニュートラリーノ暗黒物質のうち、特にヒッグス粒子の質量（125GeV）やZボゾンの質量（91GeV）の約半分の質量を持ちresonanceを通して対消滅する軽いBino-Higgsino暗黒物質について包括的な解析を行った。特に、(i) LHCでのチャージーノ／ニュートラリーノ探索、(ii) ヒッグスのinvisible崩壊（LHCおよびILC）、(iii) 暗黒物質の直接検出、などの制限および検証可能性を詳細に調べ、このような暗黒物質模型が近い将来ほぼ全てのパラメータ領域において検証可能であることを定量的に示した。
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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
本研究の大きな目的は、暗黒物質を含む素粒子模型とその初期宇宙論およびコライダー現象論を突破口として、標準模型を超える物理を探索する事である。
年度始めに予定していた「暗黒物質の残存量とミューオン異常磁気能率のずれを同時に説明出来る超対称性模型の研究」および「重い超対称性模型における、Q-ball崩壊によるウィーノ暗黒物質の研究」については2015年度中に論文執筆に至らなかったが、関連したBino-Higgsino暗黒物質の包括的研究を行うなど全体としては順調に研究を進めており、査読付雑誌に論文発表し、国内外の研究会で成果発表を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
【1】LHCで報告されたdiphoton超過を説明する模型と暗黒物質を組み合わせた新しい模型を提案する。
また、昨年度から継続して行っている以下の2つの研究も行う。
【2】暗黒物質の残存量とミューオン異常磁気能率のずれを同時に説明出来る超対称性模型の研究：
超対称性模型において、ニュートラリーノ暗黒物質の初期宇宙での熱的残存量が現在の観測値と一致する典型的なパラメータ領域では、カラーを持たない超対称性粒子がO(100)GeVの質量を持っている。このようなパラメータ領域においてミューオン異常磁気能率の実験値と標準模型予言値のずれを説明することが出来る。ニュートラリーノ暗黒物質の熱的残存量とミューオン異常磁気能率のずれを同時に説明出来て、かつ7-8TeVのLHC実験の制限を逃れているパラメータ領域を同定し、13-14TeVのLHC実験での検証可能性を調べる。
【3】重い超対称性模型における、Q-ball崩壊によるウィーノ暗黒物質の研究：
126GeVという比較的大きなヒッグス質量とLHCでの超対称性粒子の未発見を受けて、ヒッグス粒子以外の全てのスカラー粒子が非常に重い(~10TeV以上)ような超対称性模型が注目を集めている。そのような模型では通常ウィーノが暗黒物質になる。一方、宇宙の物質・反物質の非対称性の起源を説明する機構の1つとしてAffleck-Dine機構(AD機構)がある。AD機構では典型的にQ-ballと呼ばれるソリトンが生成され、その崩壊により暗黒物質の非熱的生成が起こる。このシナリオ(Q-ballの崩壊によるウィーノ暗黒物質)について、最近の発展を含めて再検証する。
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