質量階層性に対する新しい原理が導く多彩な物理現象とプランクスケールの物理

• 研究課題/領域番号: 18H03708
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 磯 暁 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (20242092)
• 研究分担者: 淺賀 岳彦 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70419993) ; 川合 光 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 協力研究員 (80211176)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 43,290千円 (直接経費: 33,300千円、間接経費: 9,990千円); 2022年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円); 2021年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2020年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2019年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2018年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: 階層性問題 / 超弦理論 / 相対論的観測問題 / 電弱対称性 / ヒッグス場 / 右巻きニュートリノ / 電弱対称性の破れ / アキシオン / 離散モジュラー対称性 / バリオン数非保存 / 質量階層性 / ヒッグス / 弦理論 / Dブレーン / ニュートリノ / 多重臨界原理 / プランクスケール / 質量階層性問題 / 標準模型を超える理論 / プランクスケールの物理

研究実績の概要

電弱スケールとプランクスケールの質量階層性に対する新しい指導原理に基づく物理現象を、ボトムアップおよひトップダウンの双方のアプローチから検討し、その地上実験や宇宙観測による検証方法についての研究を遂行した。
ボトムアップアプローチでは、 右巻きニュートリノが関わる物理現象を考えた。特に右巻きニュートリノの一つが電弱スケールよりも軽い場合は、ニュートリノなしの二重ベータ崩壊実験に大きな影響を与えるため、将来の右巻きニュートリノ探索に重要な示唆を与える。このような右巻きニュートリノの質量獲得機構を詳細に調査することで、その質量と電弱スケールの間に新しい関係を見出し、電弱スケールを決める背後の指導原理を探求することができることを示した。
トップダウンアプローチでは、超弦理論の低エネルギーに現れるスカラー場の質量に対して、超対称性を破る効果がどのような輻射補正を与えるかを計算する一般手法を提案して、これを使ってヒッグスの階層性問題に対する超弦理論からのアプローチを考えた。特に、Dブレーンの配置で超対称性を破る場合に具体的な計算を行った。また、ブラックホールのホライズン近傍で、UV物理が与える影響を調べ、SchwarzschildブラックホールにおけるHawking放射と高周波分散の関連を考察した。その結果、Hawking放射がUV物理にあまり影響されないという従来の考えに反して、スクランブル時間の後にHawking放射が大幅に変化することがわかった。また弦理論・行列模型から帰結されるマルティバースを解析し、低エネルギー有効理論としての場の量子論がどのように修正されるべきかを議論し、自然性問題の解明を目指した。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 台湾国立大学(その他の国・地域)
• [雑誌論文] Stringy spacetime uncertainty principle and a modified trans-Planckian censorship criterion (2024)
  • 著者名/発表者名: Brandenberger Robert、Ho Pei-Ming、Kawai Hikaru、Shao Wei-Hsiang
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 109 号: 8 ページ: 083503-17
  • DOI: 10.1103/physrevd.109.083503
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] UV dispersive effects on Hawking radiation (2024)
  • 著者名/発表者名: Akhmedov Emil T.、Chau Tin-Long、Ho Pei-Ming、Kawai Hikaru、Shao Wei-Hsiang、Wang Cheng-Tsung
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 109 号: 2 ページ: 025001-114
  • DOI: 10.1103/physrevd.109.025001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stringy Threshold Corrections in D-brane Systems (2023)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Iso, Noriaki Kitazawa and Takao Suyama
  • 雑誌名: Physical Review 巻: D107 号: 12 ページ: 126014-126014
  • DOI: 10.1103/physrevd.107.126014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entanglement generation and decoherence in a two-qubit system mediated by relativistic quantum field (2023)
  • 著者名/発表者名: Y Hidaka, S Iso, K Shimada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 107 号: 8 ページ: 085003-145
  • DOI: 10.1103/physrevd.107.085003
  • 査読あり
• [雑誌論文] A stringy effect on Hawking radiation (2023)
  • 著者名/発表者名: Ho Pei-Ming、Imamura Yosuke、Kawai Hikaru、Shao Wei-Hsiang
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2023 号: 12 ページ: 122-114
  • DOI: 10.1007/jhep12(2023)122
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Baby universes in 2d and 4d theories of quantum gravity (2022)
  • 著者名/発表者名: Hamada Yuta、Kawai Hikaru、Kawana Kiyoharu
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2022 号: 12 ページ: 1-22
  • DOI: 10.1007/jhep12(2022)100
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Planckian physics comes into play at Planckian distance from horizon (2022)
  • 著者名/発表者名: Ho Pei-Ming、Kawai Hikaru、Yokokura Yuki
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2022 号: 1 ページ: 1-22
  • DOI: 10.1007/jhep01(2022)019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Complementarity and causal propagation of decoherence by measurement in relativistic quantum field theories (2022)
  • 著者名/発表者名: Hidaka Yoshimasa、Iso Satoshi、Shimada Kengo
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 106 号: 7 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1103/physrevd.106.076018
• [雑誌論文] Interior metric of slowly formed black holes in a heat bath (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawai Hikaru、Yokokura Yuki
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 105 号: 4 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1103/physrevd.105.045017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gauge Symmetry Restoration by Higgs Condensation in Flux Compactifications on Coset Spaces (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Iso, Noriaki Kitazawa and Takao Suyama
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 105 号: 4 ページ: 045008-045008
  • DOI: 10.1103/physrevd.105.045008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutrino masses and gravitational wave background (2021)
  • 著者名/発表者名: Asaka Takehiko、Okui Hisashi
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 814 ページ: 136074-136074
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The multicritical point principle as the origin of classical conformality and its generalizations (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai Hikaru、Kawana Kiyoharu
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2022 号: 1 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1093/ptep/ptab161
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamics of Revolving D-Branes at Short Distances (2020)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Iso, Noriaki Kitazawa, Hikaru Ohta and Takao Suyama
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2001 号: 1 ページ: 182-182
  • DOI: 10.1007/jhep01(2020)182
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct baryogenesis in the broken phase (2020)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Asaka (Niigata U.), Hiroyuki Ishida (KEK, Tsukuba), Wen Yin (KAIST, Taejon)
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 174 号: 7 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1007/jhep07(2020)174
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Weak scale from Planck scale: Mass scale generation in a classically conformal two-scalar system (2020)
  • 著者名/発表者名: Junichi Haruna, Hikaru Kawai
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: Volime 2020, Issue 3 号: 3 ページ: 1-41
  • DOI: 10.1093/ptep/ptz165
  • NAID: 120006822570
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modular A4 invariance and leptogenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Asaka, Yongtae Heo, Takuya H. Tatsuishi, Takahiro Yoshida
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2020 号: 1 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1007/jhep01(2020)144
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmological implications of Standard Model criticality and Higgs inflation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuta Hamada, Hikaru Kawai, Yukari Nakanishi, Kin-ya Oda
  • 雑誌名: Nuclear Physics 巻: B953 ページ: 1-31
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysb.2020.114946
  • NAID: 120006959182
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Possibility of Lorentz Violation in the Higgs Sector (2020)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Iso and Noriaki Kitazawa
  • 雑誌名: Modern Physics Letters A 巻: 35 号: 10 ページ: 2050064-2050064
  • DOI: 10.1142/s0217732320500649
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large-scale inhomogeneity of dark energy produced in the ancestor vacuum (2019)
  • 著者名/発表者名: Yue Nan, Kazuhiro Yamamoto, Hajime Aoki, Satoshi Iso, ; Daisuke, Yamauchi
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 99 号: 10 ページ: 103512-103512
  • DOI: 10.1103/physrevd.99.103512
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effective potential for revolving D-branes (2019)
  • 著者名/発表者名: Iso Satoshi、Ohta Hikaru、Suyama Takao
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2019 号: 4 ページ: 151-151
  • DOI: 10.1007/jhep04(2019)151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Density Renormalization Group for Classical Liquids (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Iso and Kiyoharu Kawana
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2019 号: 1 ページ: 1-33
  • DOI: 10.1093/ptep/pty148
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Observational signatures of dark energy produced in an ancestor vacuum : Forecast for galaxy surveys (2019)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Yamauchi, Hajime Aoki, Satoshi Iso, Da-Shin Lee, Yasuhiro Sekino, Chen-Pin Yeh
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 05 号: 05 ページ: 055-055
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2019/05/055
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Resonant leptogenesis at TeV-scale and neutrinoless double beta decay (2019)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Asaka, Takahiro Yoshida
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2019 号: 9 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1007/jhep09(2019)089
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tomography by neutrino pair beam (2018)
  • 著者名/発表者名: Asaka Takehiko、Okui Hisashi、Tanaka Minoru、Yoshimura Motohiko
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 785 ページ: 536-542
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2018.09.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Back Reaction of 4D Conformal Fields on Static Geometry (2018)
  • 著者名/発表者名: Pei-Ming Ho, Hikaru Kawai, Yoshinori Matsuo, Yuki Yokokura
  • 雑誌名: JHEP 巻: 1811 号: 11 ページ: 056-056
  • DOI: 10.1007/jhep11(2018)056
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Theoretical aspects of neutrino physics: Particle Physics and Cosmology (2020)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Asaka
  • 学会等名: The 3rd Univ. Ryukyus International Symposium of Theoretical and Computational Science,20-22 March (2020), University of the Ryukyus, Okinawa, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effective potential for revolving D-branes in superstring theory (2019)
  • 著者名/発表者名: 太田光
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Classically conformal Z2×Z2 invariant two scalar modelにおける質量スケールのdynamicalな生成について (2019)
  • 著者名/発表者名: 春名純一
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Effective potential for revolving D-branes in superstring theory (2019)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Ohta
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Quantum Gravity and Naturalness (2019)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Kawai
  • 学会等名: Humboldt Kolleg Frontiers in Physics: From the Electroweak to the Planck
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hierarchy problem: Implication from Superstring (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Iso
  • 学会等名: East Asia Joint Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演