| 研究課題/領域番号 |
19K03823
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
前川 展祐 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (40273429)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 大統一理論 / 超対称性 / ニュートリノ / バリオン生成 / 熱的レプトン生成 / 宇宙紐 / 対称性の破れ / ニュートリノ質量 / 非位相弦 / 重力波 / 余次元 / ゲージ結合定数の統一 / 超対称性の破れ / 小林益川行列 / 自発的対称性の破れ / 異常U(1) |
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| 研究開始時の研究の概要 |
自然な大統一理論は対称性で許されるすべての項をO(1)係数で導入するという自然な仮定の下で超対称大統一理論における様々な問題を非自明に解決する有望な理論である。興味深いことは、自然な大統一理論からたった一つの一重項場を無くすことで超対称性を自発的に破る理論になることである。従来の超対称性の破れのシナリオの複雑さと比して、非常にシンプルなこのシナリオの現象論を議論し、現実的なシナリオを構築する。その際により現実的なシナリオを構築するためには、自然な大統一理論で行った重要な仮定を緩めることも考慮し、様々なシナリオを構築する。それらの仮定を自然に与える余次元理論の構築を行う。
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| 研究実績の概要 |
自然な大統一理論は対称性で許されるすべての項をO(1）係数で導入するという自然な仮定の下で超対称大統一理論のほとんどの問題を解くことができるという魅力的な性質を持っているが、ゲージ結合定数の統一の条件とニュートリノ質量の観測値が矛盾する、という問題がある。この問題は、多くの超重粒子の質量のO(1）係数を0.5から2の間で恣意的に選ぶことで解決できるが、これは、ある意味微調整であり、自然な解決とは言えない。そこで、O(1）係数が対称性等何らかの理由で小さくなる可能性を考えた。特に自然な大統一理論の魅力的な性質を壊さないような方向で議論したところ、いくつかの可能性を見出すことができた。いくつかは、近似的な対称性を導入することでその小ささが自然に理解できる。自然な大統一理論の重要な予言である、重たいゲージ場媒介とする陽子崩壊が大きくなるという予言が小さい係数を持つ模型によって変化することがわかった。
自然なE6大統一理論においては、宇宙におけるバリオン非対称性を熱的レプトン生成機構を用いることにより、解決できることが分かっている。理由の一つは、E6大統一理論は、6個の右巻きニュートリノがあるため、レプトン生成を引き起こす右巻きニュートリノとニュートリノ質量を再現する右巻きニュートリノを分離できることにあった。今回、新しく、自然なSO(10）大統一理論でも観測されているバリオン数が再現できることがわかった。SO(10）大統一理論では、右巻きニュートリノは３つしかないため、分離できないが、逆に言えば、レプトン生成とニュートリノ質量に関係がつく。特に最も軽いニュートリノ質量がより軽くなることが判明した。また、E6でのレプトン生成の計算の時には考慮されていなかった2番目に軽い右巻きニュートリノの効果は無視できないくらい大きいことを計算によって示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の想定では、自然な大統一理論において自発的に超対称性を破るシナリオでの問題点を解決するような模型を構築する、ということであったが、この研究に関しては、まだ、論文になるほどの結果を得ているとはいいがたい。しかしながら、その前段階である、余次元とは限らずに、小さい抑制因子を仮定した場合においては、問題点の一部を解決する模型を得ており、その部分は、近い将来論文にするつもりである。
当初の計画通りには進んでいない理由として、一つには、宇宙紐が原因とも考えられる重力波が観測されたことにある。観測が示唆する対称性の破れのスケールが自然な大統一理論が予言するスケールと一致したため、早急に自然な大統一理論で宇宙紐が形成されるかどうかを明らかにする必要があった。その研究の緊急性のため、最初に計画していた研究にはとりあえず、ストップした。新たな分野だったため、結果を出すのに時間がかかったが、研究としては、結果が出たので、順調と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
自然な大統一理論で超対称性を自発的に破るシナリオは、超対称性を破るための隠れたセクターを導入する必要がない、という意味でとてもシンプルなシナリオになっているが、超対称性の破れのスケールが大きいことを予言する。この予言は、いまだに超対称粒子が発見されていない事実を説明するが、一方で電弱スケールが不安定になるという問題が知られている。この問題をO(1）係数が小さくなる可能性を考慮することで解決することを試みるつもりである。難しい点は、電弱スケールを安定化するために超対称性の破れのスケールをTeVスケールまで小さくすれば、フレーバーを変える中性流の過程が実験より大きく出すぎることである。超対称性の破れのスケールをどこまで小さくできるか、吟味する予定である。
熱的なレプトン生成に関しては、E6模型では、最も軽い右巻きニュートリノの寄与のみ考慮されていたが、2番目以降の右巻きニュートリノの寄与の大きさを評価し、無視できない量だとすれば、この効果を入れて計算する予定である。また、SO(10）模型でも３番目以降の右巻きニュートリノの寄与の計算をして、無視できる、もしくは、より正確な計算を行う予定である。
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