| 研究課題/領域番号 |
21J10645
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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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 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
田中 正法 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 電弱相転移 / スファレロン / ヒッグス有効場理論 / 拡張ヒッグス模型 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
素粒子の標準模型は，これまでの加速器実験の結果と無矛盾である．その一方で，標準模型では説明できない現象として，宇宙の物質(バリオン)と反物質(反バリオン)の非対称性などが宇宙実験によって確認されている．その非対称性を説明する鍵が電弱スファレロンという非摂動論的現象である．スファレロンのエネルギーは，初期宇宙で起きるバリオン数を破る真空遷移の遷移率を特徴付ける．
本研究では，標準模型のヒッグス粒子が関わる部分を拡張した模型でのスファレロンとそのエネルギーを理論的に明らかにする．そして，スファレロンのエネルギーを将来の加速器実験や重力波観測によって決定する際に必要となる理論的基礎づけを確立する．
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| 研究実績の概要 |
本年度では，強い電弱1次相転移を実現する拡張ヒッグス模型の具体例として，標準模型にアイソスピン二重項スカラー場を追加したTwo Higgs doublet model (THDM) に注目し，電弱相転移と電弱スファレロンの性質の解析を行った．素粒子の標準模型は，Large Hadron Colliderなどの加速器実験の結果と無矛盾である．その一方で，宇宙の物質と反物質の非対称性などの種々の宇宙論的観測結果を説明できない．この宇宙の物質と反物質の非対称性問題を解決するシナリオとして有望視されているのが電弱バリオン数生成である．電弱バリオン数生成では，スファレロン過程を通じてバリオン数が実現される．そのため，スファレロン過程の頻度を特徴づける電弱スファレロンの性質の解析は重要な意味を持つ．
本年度での研究では，THDMでの電弱スファレロンの性質を解析し，電弱バリオン数生成が実現可能なパラメータ領域を示した．また，そのようなパラメータ領域が，重力波観測や加速器実験でのヒッグス3点結合の精密測定を通じて多角的に探られることについても議論した．一方で，強い電弱1次相転移を実現する拡張ヒッグス模型を有効的に記述できる新たなヒッグス有効場理論であるnearly aligned Higgs Effective Field Theoryでの相転移についても議論し，電弱バリオン数生成が実現できるパラメータ領域を示した．本年度の研究によって，初期宇宙での電弱スファレロンの性質が重要となることが具体的に示された．
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| 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。
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| 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。
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