標準理論を超えた新現象とニュートリノで探る新しい素粒子像

• Project Area: Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos
• Project/Area Number: 18H05543
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University (2019-2022); Kyoto University (2018)
• Principal Investigator: 津村 浩二 九州大学, 理学研究院, 准教授 (40648101)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 下村 崇 宮崎大学, 教育学部, 准教授 (00447278) ; 安田 修 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (50183116) ; 杉山 弘晃 富山県立大学, 工学部, 准教授 (50548724) ; 佐藤 丈 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60322294)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥93,860,000 (Direct Cost: ¥72,200,000、Indirect Cost: ¥21,660,000); Fiscal Year 2022: ¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000); Fiscal Year 2021: ¥19,240,000 (Direct Cost: ¥14,800,000、Indirect Cost: ¥4,440,000); Fiscal Year 2020: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2019: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2018: ¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
• Keywords: ニュートリノ / フレーバー / 暗黒物質 / 陽子崩壊 / レプトンフレーバーの破れ / 質量起源 / 新現象 / 荷電レプトン / ヒッグス

Outline of Annual Research Achievements

原子の遷移の際に放出されるニュートリノの測定はニュートリノの微小質量の詳細を探ることが可能である。その検出のためには、QEDによる多重光子放出の背景事象を十分に抑制する必要がある。背景事象抑制の新しい試みとしてレーザーによる位相印加による方法について研究を行った。
長期間に渡ってミュオン異常磁気能率の実験値は素粒子の標準模型から乖離が見られたままである。このズレを解決する模型として、ゲージ対称性を拡張する模型、ヒッグスセクターにフレーバー対称性を要請する模型の構築と実験的制限の詳細な検討を行った。
ニュートリノが質量を持つことからレプトンフレーバーは破れることが知られているが、荷電レプトン系ではその破れは非常に抑制されている。標準模型を超える物理では大きな破れが期待されるため、その破れの検証は新物理に高い感度を持つ。そこで、ミュオン原子におけるレプトンフレーバーの破れの予言について精密計算を行った。
ニュートリノはディラック粒子の可能性とマヨラナ粒子の可能性の両方が指摘されている。理論的にはあまり調べられていない微小質量を予言するディラックニュートリノ模型を構築し、そのヒッグス物理へのインパクトを研究した。
これまでの観測により暗黒物質の存在は疑いはないが、近年の直接観測の精度の向上により制限が強まり特別な機構を持つ暗黒物質候補が注目を集めている。そのような暗黒物質候補を含むバリオン数とレプトン数に関係する理論を研究した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

レーザーを用いて位相印加することで実験系の運動学を制御し、原子ニュートリノの測定の背景事象となる３光子の放出の過程を禁止する新たな手法を見出した。
ミュオン異常磁気能率のズレを説明する予言能力の高い模型を構築した。模型の予言する新しいボソンをILCで検証する方法、ニュートリノビームを用いて詳細に検証する方法を提案した。
ミュオン原子におけるレプトンフレーバーの破れの予言について、ミュオンの偏極の効果を取りいれることで、放出される電子分布から新物理の寄与を効果的に抜き出す方法を提案した。
量子効果によって微小質量を獲得するディラックニュートリノ模型を構築し、その模型を探るためにはヒッグス粒子によるレプトンフレーバーの破れが重要となることを見出した。
紫外安全な擬南部ゴールドストン暗黒物質模型を構築した結果、長寿命暗黒物質が予言されることを示した。

Strategy for Future Research Activity

原子の遷移の際にニュートリノではなく、新粒子が放出される可能性を検討して新粒子への新たな制限を研究する。
ミュオン異常磁気能率のズレを説明するだけでなく、暗黒物質の残存量との整合性を持った理論の構築を行い、ニュートリノ実験を通した検証方法を検討する。
ミュオン原子におけるレプトンフレーバーの破れのさらなる予言精度の向上を行う。
ディラックニュートリノを予言する模型を系統的に分析する。
大統一理論の観点から擬南部ゴールドストン暗黒物質を検討する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マギル大学(カナダ)
• [Int'l Joint Research] KIAS(韓国)
• [Int'l Joint Research] カルフォルニア大学(米国)
• [Int'l Joint Research] 国立台湾大学/NCTS(その他の国・地域)
• [Journal Article] QED background against atomic neutrino process with initial spatial phase (2020)
  • Author(s): Tanaka Minoru、Tsumura Koji、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimura Motohiko
  • Journal Title: The European Physical Journal Plus Volume: 135 Pages: 283-283
  • DOI: 10.1140/epjp/s13360-020-00290-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pseudo-Nambu-Goldstone dark matter from gauged U(1)B-L symmetry (2020)
  • Author(s): Yoshihiko Abe, Takashi Toma, Koji Tsumura
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 05 057 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1007/jhep05(2020)057
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Neutrino Oscillations at low energy long baseline experiments in the presence of nonstandard interactions and parameter degeneracy (2020)
  • Author(s): O. Yasuda
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 2020 Pages: 1-21
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa033
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] COMET Phase-I Technical Design Report (2020)
  • Author(s): R. Abramishvili, M. Moritsu et al. [COMET Collaboration]
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 2020 Pages: 1-102
  • DOI: 10.1093/ptep/ptz125
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Low scale seesaw models for low scale U(1)Lμ-Lτ symmetry (2019)
  • Author(s): Araki Takeshi、Asai Kento、Sato Joe、Shimomura Takashi
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 100 Pages: 095012-095012
  • DOI: 10.1103/physrevd.100.095012
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A μ-τ-philic scalar doublet under Zn flavor symmetry (2019)
  • Author(s): Abe Yoshihiko、Toma Takashi、Tsumura Koji
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2019 Pages: 142-142
  • DOI: 10.1007/jhep06(2019)142
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Momentum distribution of the electron pair from the charged lepton flavor violating process μe→ee in muonic atoms with a polarized muon (2019)
  • Author(s): Kuno Yoshitaka、Sato Joe、Sato Toru、Uesaka Yuichi、Yamanaka Masato
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 100 Pages: 075012-075012
  • DOI: 10.1103/physrevd.100.075012
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New model for radiatively generated Dirac neutrino masses and lepton flavor violating decays of the Higgs boson (2019)
  • Author(s): Enomoto Kazuki、Kanemura Shinya、Sakurai Kodai、Sugiyama Hiroaki
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 100 Pages: 015044-015044
  • DOI: 10.1103/physrevd.100.015044
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Searching for scalar boson decaying into light Z' boson at collider experiments in U(1)_{Lμ - Lτ} model (2019)
  • Author(s): Nomura Takaaki、Shimomura Takashi
  • Journal Title: The European Physical Journal C Volume: 79 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1140/epjc/s10052-019-7094-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Minimal Gauged U(1)_{L_alpha - L_beta} Models Driven into a Corner (2019)
  • Author(s): Asai Kento, Hamaguchi Koichi, Nagata Natsumi, Tseng Shih-Yen, Tsumura Koji
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 99 Pages: 055029-055029
  • DOI: 10.1103/physrevd.99.055029
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Charged scalars confronting neutrino mass and muon g ? 2 anomaly (2018)
  • Author(s): Chakrabarty Nabarun、Chiang Cheng-Wei、Ohata Takahiro、Tsumura Koji
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2018 Pages: 1-31
  • DOI: 10.1007/jhep12(2018)104
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recent status of neutrino phenomenology (2018)
  • Author(s): Osamu Yasuda
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: 332 Pages: 1-8
  • DOI: 10.22323/1.332.0043
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Syndetic extension of baryon and lepton numbers: Proton decay and long-lived dark matter (2018)
  • Author(s): Ma Ernest、Tsumura Koji
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 98 Pages: 035037-035037
  • DOI: 10.1103/physrevd.98.035037
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The Origin of Pseudo-Nambu-Goldstone Dark Matter (2020)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: RIS-TCS 2020 -Frontier of Physics and Chemistry-
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] IceCube Gap and Lμ - Lτ model (2020)
  • Author(s): Joe Sato
  • Organizer: RIS-TCS 2020 -Frontier of Physics and Chemistry-
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] COMET Data Analysis with Deep Learning (2020)
  • Author(s): Joe Sato
  • Organizer: Machine Learning at LHC
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Low scale seesaw models for low scale U(1)_{Lμ - Lτ} symmetry (2020)
  • Author(s): Joe Sato
  • Organizer: International Conference on Neutrinos and Dark Matter (NDM-2020)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 深層学習によるCOMET実験データ解析 (2020)
  • Author(s): 佐藤丈
  • Organizer: Miyazaki workshop on particle physics and cosmology
• [Presentation] Light gauge boson and anomalies (2020)
  • Author(s): 下村崇
  • Organizer: Miyazaki workshop on particle physics and cosmology
• [Presentation] ニュートリノ振動研究の現状と展望 (2020)
  • Author(s): 安田修
  • Organizer: 日本物理学会 2020年 年次大会 (素粒子実験領域，素粒子論領域，宇宙線・宇宙物理領域)
  • Invited
• [Presentation] Phenomenology of the nonstandard interactions of neutrinos with the solar neutrino parametrization (2019)
  • Author(s): Osamu Yasuda
  • Organizer: A topical conference on elementary particles, astrophysics, and cosmology (Miami2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Theoretical overview of Lepton Flavor Violation (2019)
  • Author(s): Joe Sato
  • Organizer: The 3rd J-PARC Symposium (J-PARC2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Review of Dark Photon Phenomenology (2019)
  • Author(s): Takashi Shimomura
  • Organizer: The 3rd J-PARC Symposium (J-PARC2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Big-bang nucleosynthesis and Leptogenesis in CMSSM (2019)
  • Author(s): Joe Sato
  • Organizer: PACIFIC 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Geometry of Extended Higgs sector (2019)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: PACIFIC 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Practical tests on the PMNS paradigm (2019)
  • Author(s): Osamu Yasuda
  • Organizer: Rencontres du Vietnam 2019: 3 Neutrinos and Beyond
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Scalar doublets charged under μ-τ-philic Zn flavor symmetry (2019)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: The 8th Workshop on Flavor Symmetries and Consequences in Accelerators and Cosmology (FLASY 2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Big-bang nucleosynthesis and Leptogenesis in CMSSM (2019)
  • Author(s): Joe Sato
  • Organizer: Dark Side of the Universe 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Big-bang nucleosynthesis and Leptogenesis in CMSSM (2019)
  • Author(s): Joe Sato
  • Organizer: 15th Computational Chemistry (CC) Symposium -The Main Symposium of ICCMSE 2019-
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Effect of Initial Spacial Phase in Neutrino Mass Spectroscopy (2019)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: 15th Computational Chemistry (CC) Symposium -The Main Symposium of ICCMSE 2019-
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 深層学習によるCOMET 実験データ解析の試み (2019)
  • Author(s): 佐藤丈
  • Organizer: 素粒子現象論研究会2019
  • Invited
• [Presentation] Dark Sector (2019)
  • Author(s): 下村崇
  • Organizer: Flavor Physics Workshop 2019
  • Invited
• [Presentation] 深層学習による COMET 実験データ解析 (2019)
  • Author(s): 佐藤丈
  • Organizer: 素粒子物理学の進展 2019
• [Presentation] ニュートリノ質量分光と背景事象抑制 (2019)
  • Author(s): 津村浩二
  • Organizer: 素粒子物理学の進展 2019
  • Invited
• [Presentation] Introduction to Neutrino Physics (2019)
  • Author(s): Hiroaki Sugiyama
  • Organizer: Physics at the Cosmic Frontier
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Recent Theoretical Development on RENP (2019)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: The 11th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ニュートリノ振動実験とニュートリノの非標準相互作用 (2019)
  • Author(s): 安田修
  • Organizer: ニュートリノ原子核反応とニュートリノ相互作用
  • Invited
• [Presentation] Effect of systematics in the T2HK, T2HKK, and DUNE experiments (2018)
  • Author(s): Osamu Yasuda
  • Organizer: A topical conference on elementary particles, astrophysics, and cosmology (Miami2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Recent Development on RENP (2018)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: Quantum Sensing for Dark Matter Searches and Neutrino Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Systematics in T2HK/T2HKK/DUNE (2018)
  • Author(s): Osamu Yasuda
  • Organizer: Neutrino Oscillation Workshop (NOW 2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Physics with Muon (2018)
  • Author(s): Joe Sato
  • Organizer: Symposium for muon and neutrino physics 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Neutrino Mass Generation with Multi-Higgs (2018)
  • Author(s): Hiroaki Sugiyama
  • Organizer: Workshop on Multi-Higgs models
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An SU(2)μτ model for Muon g-2 Anomaly (2018)
  • Author(s): Koji Tsumura
  • Organizer: Workshop on Multi-Higgs models
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Distinguishing muon LFV effective couplings using μ－e－→e－e－ in a muonic atom (2018)
  • Author(s): Joe Sato
  • Organizer: The 20th International Workshop on Neutrinos from Accelerators
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Big-bang nucleosynthesis and Leptogenesis in CMSSM (2018)
  • Author(s): Joe Sato
  • Organizer: 26th International Conference on Supersymmetry and Unification of Fundamental Interactions
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 陽子崩壊探索のインパクト (2018)
  • Author(s): 津村浩二
  • Organizer: 第二回琉球大学計算科学シンポジウム：“量子論の物理・化学的アプローチで迫る物質・自然界の謎”
  • Invited
• [Presentation] COMET実験における電子のエネルギーの深層学習による決定 (2018)
  • Author(s): 佐藤丈
  • Organizer: 第二回琉球大学計算科学シンポジウム：“量子論の物理・化学的アプローチで迫る物質・自然界の謎”
  • Invited
• [Presentation] ニュートリノ質量生成機構 (2018)
  • Author(s): 杉山弘晃
  • Organizer: 新学術領域「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」研究会
  • Invited
• [Presentation] Search for light scalar boson in Lμ - Lτ model at ILC experiments (2018)
  • Author(s): 下村崇
  • Organizer: 素粒子物理学の進展 2018
• [Presentation] B+Lを保存する陽子崩壊と長寿命暗黒物質 (2018)
  • Author(s): 津村浩二
  • Organizer: 素粒子物理学の進展 2018
• [Presentation] 深層学習によるCOMET実験データ解析の試み (2018)
  • Author(s): 佐藤丈
  • Organizer: 日本物理学会 2019年 年次大会 素粒子実験領域
• [Presentation] レプトンと弱結合するMeVスケールのゲージ粒子の物理とその検証可能性 (2018)
  • Author(s): 下村崇
  • Organizer: 日本物理学会 2018年 秋季大会 素粒子論領域-素粒子実験領域合同
  • Invited
• [Presentation] Light Z' boson search from scalar boson decays in Lμ - Lτ model at collider experiments (2018)
  • Author(s): 下村崇
  • Organizer: 日本物理学会 2018年 秋季大会 素粒子論領域
• [Remarks] C02班「標準理論を超えた新現象とニュートリノで探る新しい素粒子像」研究成果
  • URL: http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~koji.tsumura/c02.html
• [Remarks] C02班「標準理論を超えた新現象とニュートリノで探る新しい素粒子像」研究成果
  • URL: http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~koji.tsumura/c02.html#2018
• [Funded Workshop] Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos Workshop2019 (2019)
• [Funded Workshop] Higgs as a Probe of New Physics 2019 (2019)
• [Funded Workshop] Physics of muonium and related topics (2018)