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Toward the new age for exploring the structure of electroweak vacuum: from Higgs physics to New physics beyond the standard model

Research Project

Project/Area Number 20H00160
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

兼村 晋哉  大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (10362609)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 進藤 哲央  工学院大学, 教育推進機構(公私立大学の部局等), 教授 (60553039)
青木 真由美  金沢大学, 数物科学系, 教授 (70425601)
柿崎 充  富山大学, 学術研究部理学系, 准教授 (90612622)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥42,640,000 (Direct Cost: ¥32,800,000、Indirect Cost: ¥9,840,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Keywords電弱対称性の自発的破れ / 標準理論を超える物理 / ヒッグス粒子 / 加速器実験 / 重力波実験 / 標準理論を超える物理理論 / ヒッグス粒子の物理 / 標準理論を超える物理模型 / 電弱対照性の自発的破れ / 表樹理論を超える物理 / 標準理論を超える新物理 / 電弱対象性の自発的破れ / 電弱相転移の物理
Outline of Research at the Start

ヒッグスセクターの物理は、電弱対称性の自発的破れの力学的要因や、標準理論を超える新物理を決定するうえで鍵となる。本研究は、未解決の諸現象を説明する新物理モデルに現れるヒッグスセクターを系統的に研究し、様々な実験を組み合わせてヒッグスセクターを解明することから新物理に迫る方法を明らかにする。現行の各種実験の成果を踏まえつつ、将来の近い時期に実施される 1) 高輝度LHCでの新粒子探索、2) ILC等におけるヒッグス精密測定、 3) 宇宙重力波干渉計(LISAやDECIGO計画等)における電弱相転移の検証等を融合して、ヒッグスセクター解明への新時代に向けた理論的研究を世界に先駆けて実施する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、現行実験に加えて将来のHL-LHCでの新粒子探索、ILC等でのヒッグス超精密測定、LISA (さらに日本のDECIGO計画)における重力波観測等を組み 合わせ、ヒッグスセクターを解明し、新物理に迫ることにある。ヒッグスセクターの検証は、質量の起源を担うヒッグス機構 (弱ゲージ場や物質場とヒッグス粒 子の結合)の部分と電弱対称性の自発的破れを引き起こし電弱真空構造を決めるヒッグスポテンシャルの 部分に分けられる。これらを包括的に研究しヒッグス セクターを徹底的に解明して新物理に迫るには、上に述べた将来実験を総合的に活用することが鍵となる。実験間の相補性と、将来のほぼ同時代に行われる相乗 効果に注目し、ヒッグス物理の全貌を解明する為の理論研究を実施することにより、ヒッグス物理から新物理に迫る方法を確立する。その成果に基づいてヒッグ ス物理の解明に対する最適化を検討する。本研究では期間5年間を以下の3段階に分けて実施する。
・第一段階2020-2021年度 拡張ヒッグス模型の理論的性質と既存実験による制限の研究
・第二段階 2022-2023年度 各実験で相補的にモデルを検証するための理論的研究
・第三段階 2024年度 3実験の相乗効果でヒッグスセクターを解明する方法の確立
期間5年で成果を上げるため、様々な新物理に現れる拡張ヒッグスセクターのいくつかのモデルに焦点を絞り、その性質の研究と検証に向けた解析に集中する。
2022年度は、第二段階の研究に着手した。繰り込み可能な拡張ヒッグス模型、有効場の理論、複合ヒッグス模型、電弱バリオン数生成の模型、バリオン数生成に加えてニュートリノと暗黒物質も説明できる理論模型等に基づき、コライダー現象論、CPの破れの物理、電弱相転移の物理を研究し、重力波や原始ブラックホールを用いた検証可能性も議論した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

2022年度は計画の第二段階、すなわち各実験で相補的にモデルを検証するための理論的研究にも着手した。検討するモデルとしては、繰り込み可能な拡張ヒッグス模型、ヒッグス有効理論、複合ヒッグス模型等を検討した。さらに電弱バリオン数生成が実現する拡張されたヒッグス模型を検討し、電気双極子モーメントの強い制限のもとでバリオン数生成に必要なCPの破れが許されること、電弱相転移が強い一次的相転移になる条件を入れて生成バリオン数を計算し、バリオン数非対称性を説明できる模型を構築し、その現象論的研究をおこなった。電弱バリオン数生成に加えてニュートリノ質量や暗黒物質を含むテラスケールの模型を検討し、諸問題を解決し、既存の様々な実験データを満たすパラメータ領域が存在することを確認した。また、CPが破れを伴う拡張ヒッグス模型のコライダー現象についても研究し多くの成果を出すことができた。加えて電弱相転移が複数回生じる模型における重力波の解析をおこなった。次にバリオン数生成で要求されるように電弱相転移が強い一次的相転移であれば原始ブラックホールが発生する可能性に注目し、原始ブラックホールが生成される条件や現象論的帰結、同時に生成される重力波との関係などについて研究した。電弱相転移現象を通じてヒッグス粒子の物理と重力波、原始ブラックホールが関係し、これらを総合的に研究することにより、将来の加速器実験と重力波実験に加えて近未来の原始ブラックホール探索が模型の制限に使える可能性が拓かれた。さらに古典的スケール不変性模型、擬南部―ゴールドストン模型、ゲージヒッグス模型等において輻射補正の効果を対等に取り入れた3点ヒッグス結合の予言の比較を行い、将来の高輝度LHC、ILC等でどのように分類されていくかを示した。以上より、総合的に考えて当初の計画以上に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

本研究は、現行実験に加えて将来のHL-LHCでの新粒子探索、ILC等でのヒッグス超精密測定、LISA (さらに日本のDECIGO計画)における重力波観測等を組み合わせ、ヒッグスセクターを解明し、新物理に迫る。実験間の相補性と、将来のほぼ同時代に行われる相乗効果に注目し、ヒッグス物理の全貌を解明する為の理論研究を実施することにより、ヒッグス物理から新物理に迫る方法を確立する。本研究では期間5年間を以下の3段階に分けて実施する。・第一段階2020-2021年度 拡張ヒッグス模型の理論的性質と既存実験による制限の研究、・第二段階 2022-2023年度 各実験で相補的にモデルを検証するための理論的研究、・第三段階 2024年度 3実験の相乗効果でヒッグスセクターを解明する方法の確立。
2022年度は、第二段階の研究に着手した。繰り込み可能な拡張ヒッグス模型、有効場の理論、複合ヒッグス模型、電弱バリオン数生成の模型、バリオン数生成に加えてニュートリノと暗黒物質も説明できる理論模型等に基づき、コライダー現象論、CPの破れの物理、電弱相転移の物理を研究し、重力波や原始ブラックホールを用いた検証可能性も議論した。今後は、第二段階の研究をより発展させていき、様々なヒッグスセクターの理論モデルに関する知見を拡げていき、総まとめとしての第三段階の研究に向けた準備を開始する。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (119 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (38 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Peer Reviewed: 38 results,  Open Access: 27 results) Presentation (75 results) (of which Int'l Joint Research: 22 results,  Invited: 24 results)

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      Nuclear Physics B

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    • DOI

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      Das Arindam、Kanemura Shinya、Sanyal Prasenjit
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      Volume: 83 Issue: 6 Pages: 454-454

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-023-11656-y

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      Kanemura Shinya、Mondal Tanmoy、Yagyu Kei
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      Volume: 2023 Issue: 2 Pages: 237-237

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      Volume: 2022 Issue: 3 Pages: 1-30

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      Hashino Katsuya、Kanemura Shinya、Takahashi Tomo
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      Kanemura Shinya、Tanaka Masanori
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      Physics Letters B

      Volume: 809 Pages: 135711-135711

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      Kanemura Shinya、Kubota Mitsunori、Yagyu Kei
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      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2020 Issue: 8 Pages: 1-1

    • DOI

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      Das Arindam、Enomoto Kazuki、Kanemura Shinya、Yagyu Kei
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      Volume: 101 Issue: 9 Pages: 095007-095007

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      Aoki Mayumi、Enomoto Kazuki、Kanemura Shinya
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      Volume: 101 Issue: 11 Pages: 1-1

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      Kanemura Shinya、Kikuchi Mariko、Mawatari Kentarou、Sakurai Kodai、Yagyu Kei
    • Journal Title

      Computer Physics Communications

      Volume: 257 Pages: 107512-107512

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2020.107512

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      Aoki Mayumi、Brdar Vedran、Kubo Jisuke
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 102 Issue: 3 Pages: 035026-035026

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.035026

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      Mayumi Aoki and Jisuke Kubo
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP)

      Volume: 4 Issue: 04 Pages: 001-001

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2020/04/001

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      A. Akutsu, H. Shinkai, KAGRA collaboration
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      Progress of Theoretical Experimental Physics

      Volume: ptaa120 Issue: 5 Pages: 1-68

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa120

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      Shindou Tetsuo
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Dark Matter Physics2020

    • Author(s)
      M. Kakizaki
    • Organizer
      The 26th Vietnam School of Physics (VSOP-26): Particles and Dark Matter November 29-December 11, 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 隠れた強結合セクターによる重い暗黒物質2020

    • Author(s)
      青木真由美,Vedran Brdar,久保治輔
    • Organizer
      日本物理学会 第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Two Higgs Doublet Model における電弱スケールでの multi-step 相転移の可能性とその検証2020

    • Author(s)
      青木真由美,小松嵩宗, 澁谷紘人
    • Organizer
      日本物理学会北陸支部定例学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 2つのヒッグス2重項模型における電弱スケールでの複数回相転移の可能性2020

    • Author(s)
      青木真由美,小松嵩宗, 澁谷紘人
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Higgs coupling as a probe of sphaleron properties2020

    • Author(s)
      Shinya Kanemura
    • Organizer
      KEK-PH Lectures and Workshops
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Higgs self-couplings for extended Higgs sectors2020

    • Author(s)
      Shinya Kanemura
    • Organizer
      2020 International Workshop on CEPC (at Shanghai, China, Oct. 26-29, 2020, 参加者 数約 200 名)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Triple Higgs couplings in BSM models at higher-orders2020

    • Author(s)
      Shinya Kanemura
    • Organizer
      4th FCC Physics and Experiments Workshop (at CERN (Online))
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 拡張ヒッグスポテンシャルにおける大局的対称性のスケール依存性と現象論2020

    • Author(s)
      愛甲 将司, 兼村晋哉
    • Organizer
      日本物理学会 2020 年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 重いヒッグス粒子の生成・崩壊を用いた CP の破れの探索2020

    • Author(s)
      兼村晋哉, 久保田 充紀, 柳生慶
    • Organizer
      日本物理学会 2020 年秋季大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 新物理模型における初期宇宙スファレロンとヒッグス 3 点結合による検証2020

    • Author(s)
      兼村晋哉, 田中 正法
    • Organizer
      日本物理学会 2020 年秋季大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] スケール不変な拡張ヒッグス模型における 2 ループ有効ポテンシャルと電弱対称性の自発 的破れ2020

    • Author(s)
      Johannes Braathen, 兼村晋哉, 下田 誠
    • Organizer
      日本物理学会 2020 年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] レプトン数保存則を破る高次元演算子のくりこみを用いた摂動論2020

    • Author(s)
      榎本 一輝, 兼村晋哉
    • Organizer
      日本物理学会 2020 年秋季大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] H-COUP version 3:付加的ヒッグスボソン崩壊の輻射補正計算2020

    • Author(s)
      愛甲将司, 兼村晋哉, 菊地真吏子, 桜井亘大, 柳生慶
    • Organizer
      日本物理学会 2020 年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] LHC における付加的スカラー粒子の直接探索と ILC でのヒッグス粒子の精密測定の相乗 効果2020

    • Author(s)
      愛甲将司, 兼村晋哉, 馬渡健太郎, 柳生 慶
    • Organizer
      日本物理学会 2020 年秋季大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] アイソスピン二重項由来の複荷電スカラー粒子と将来実験での検証2020

    • Author(s)
      榎本一輝, 片山 兼渡, 兼村晋哉
    • Organizer
      日本物理学会 2020 年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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