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レプトンフレーバーを手がかりとする新物理探索

Research Project

Project/Area Number 18H01210
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionYokohama National University (2021-2022)
Saitama University (2018-2020)

Principal Investigator

佐藤 丈  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60322294)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 下村 崇  宮崎大学, 教育学部, 准教授 (00447278)
荒木 威  奥羽大学, 歯学部, 講師 (40645884)
上坂 優一  九州産業大学, 理工学部, 特任講師 (60826618)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Keywordsレプトンフレーバー / μーτ対称性 / μーτ / ミューオン原子 / レプトン混合 / LμーLτ模型 / 超対称性 / ミューオン / ニュートリノ / タウ / Lμ-Lτ模型 / 長寿命粒子 / μe->ee
Outline of Annual Research Achievements

レプトンフレーバーを破る模型に関して、それがどのように将来実験で測られるのか、また現在見えている現象の中で標準理論では説明しきれていない現象をどのように説明しうるのかについて、種々調べた。
具体的にはLμーLτ対象性をゲージ化した模型がハッブルテンション(ハッブル定数がその測り方に応じて違う値に見える状況)を説明しうることは知られていたが、より詳細な模型でそれがどのように説明されるのかについて研究を行った。このような模型では通常Z'と呼ばれる中世の軽いゲージボソン以外に、マヨロンと言われる軽い粒子が存在するので、それらの影響を包括的に取り扱い、あるパラメタ領域では確かに説明できることを見た。また、ニュートリノトライデントと言われる過程の詳細な探索がこのような模型の検証にどの程度どの用に役立つかについても調べた。さらに、ミューオン原子を用いた実験で、その電子のスペクトラムを観測することでどの程度の検証が可能になるのかについても検討した。
他にも、レプトンフレーバーを破るような模型がビームダンプ実験でどのように検証されるのかについて詳細に調べた。
一方で、更にレプトン数が破れる現象にも注目して研究を進めた。具体的にはミューオン原子を使う実験においてμ~- ー> e^+という転換がどの程度起こってよいのかについて、理論的な可能性を追求し、近い将来の実験では観測可能性はないが、もう少し先の実験として検討されている施設では可能性があることを見た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

LμーLτ模型の検証に関する研究は順調に進んでいる。また一般にレプトンフレーバーの破れをどのように検証するべきかという点についても順調だと考える。さらに標準理論を超える模型に関するアイデアもこれらの研究を通していくつか出てきているので、概ね順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

引き続きレプトンフレーバーの破れの検証に関する研究を行う。COMET実験がもうすぐ可動することを見据えてミューオン原子を用いた実験における検証に重点を移す。具体的にはDecay In Orbitと言われる電子のスペクトルを詳細に観測することでどのような模型が検証できるのかについて詳しく調べる。また、原理的にはレプトン数も破るμ^- ->e^+転換が起きうるが、これについても引き続き研究を進める。
さらに、具体的な模型の構築も行いたい。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(40 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 7 results) Presentation (31 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Invited: 11 results)

  • [Journal Article] Isotope dependence of muon decay in orbit2022

    • Author(s)
      Heeck Julian、Szafron Robert、Uesaka Yuichi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 105

    • DOI

      10.1103/physrevd.105.053006

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  • [Journal Article] Electron beam dump constraints on light bosons with lepton flavor violating couplings2021

    • Author(s)
      Araki Takeshi、Asai Kento、Shimomura Takashi
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2021 Pages: 082-082

    • DOI

      10.1007/jhep11(2021)082

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Resolving the Hubble tension in a U(1)$_{L_\mu-L_\tau}$ model with the Majoron2021

    • Author(s)
      Araki Takeshi、Asai Kento、Honda Kei、Kasuya Ryuta、Sato Joe、Shimomura Takashi、Yang Masaki J S
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2021 Pages: 103-103

    • DOI

      10.1093/ptep/ptab108

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  • [Journal Article] Model identification in μ-→e-\mu^-\to e^-μ-→e- conversion with invisible boson emission using muonic atoms2020

    • Author(s)
      Uesaka Yuichi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 102 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.095007

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  • [Journal Article] COMET Phase-I Technical Design Report2020

    • 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

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    • 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

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      J. Sato,* Y. Uesaka, Y. Kuno, T. Sato, M. Yamanaka
    • Journal Title

      PoS NuFACT

      Volume: 341

    • DOI

      10.22323/1.341.0126

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      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

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    • Author(s)
      M. Kubo, J. Sato, T. Shimomura, Y. Takanishi, M. Yamanaka
    • Journal Title

      Physical Review

      Volume: 97 Pages: 115013-115013

    • DOI

      10.1103/physrevd.97.115013

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      佐藤丈
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      2018 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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