2021 Fiscal Year Annual Research Report
不活性ニュートリノ暗黒物質の間接検出可能性
Publicly Offered Research
| Project Area | Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos |
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| Project/Area Number |
21H00060
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
瀬戸 治 北海道大学, 高等教育推進機構, 特任准教授 (40547741)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 不活性ニュートリノ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
不活性ニュートリノは暗黒物質候補であるが、普通のニュートリノとの混合によるニュートリノ振動により暗黒物質を生成する最も単純な模型とシナリオでは、暗黒物質としての残存量を説明することは困難である。しかし、非常に弱く相互作用する中性ゲージ粒子を媒介粒子としてゲージ相互作用をする不活性ニュートリノは、生成過程においてニュートリノ振動を利用しない為この問題を回避出来、暗黒物質として必要な存在量を説明できる。本研究では、この模型の興味深いパラメーター領域を特定し、不活性ニュートリノ暗黒物質の近未来実験での検出可能性の評価を行うことを目的としている。
初年度である2021年度は、U(1)B-L 模型についてフリーズイン機構でよって生成される暗黒物質の残存量の精密計算を行った。その結果、１）無視できるほど小さいと考えられていた生成過程が無視できない寄与をすること、２）非常に弱く相互作用する中性ゲージ粒子による暗黒輻射が過剰生成されない為の条件が先行研究での評価よりも厳しいこと、３）先行研究では非常に重いとして無視されてきた B-L を破るヒッグス粒子を軽い質量領域まで探査するパラメーター領域を拡げて解析したところ、B-L を破るヒッグス粒子媒介する過程が主要な寄与をし、結果が非自明にB-L を破るヒッグス粒子の質量に依存することを発見した。さらに、４）暖かい暗黒物質としての自由流減衰の最新の制限を考慮し、これらを取り入れて暗黒物質残存量のより正確な計算を行い整合的なパラメーター領域を明らかにした。これらの結果を纏めた論文を投稿準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では、2021年度にバリオン数非対称性生成の研究をする予定であったが、その研究の計算中に、暗黒物質残存量の評価において「無視できるほど小さいと考えられていた生成過程が無視できない寄与をすること」を発見したため、研究課題を暗黒物質残存量の正確な計算に切り替えたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
バリオン数非対称性生成の研究を再開し、軽い中性ゲージ粒子が媒介する非常に弱い相互作用をする不活性ニュートリノの素粒子模型において、宇宙のバリオン数非対称性を説明できるパラメーター領域を同定する。
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