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軽い新粒子が媒介する荷電レプトンフレーバーの破れとその起源

研究課題

研究課題/領域番号 22K03622
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
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
研究機関宮崎大学

研究代表者

下村 崇  宮崎大学, 教育学部, 准教授 (00447278)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードレプトンフレーバーの破れ / 暗黒物質 / 軽い新粒子 / 暗黒セクター / ニュートリノ
研究開始時の研究の概要

2022年から23年前半は今年から始まるFASER実験での探索感度を明らかにすることが急務であることから, これの解析に注力する。ポータル粒子探索を通してレプトンフレーバーの破れ(以下, CLFV)のパラメーターをどこまで決定または制限できるのかを相互作用の型ごとに明らかにする。2023年後半からの1年半は, FASER実験の最初の結果が出ていると期待できるので, そのデータからパラメーターの許容領域を明らかにし, その情報を基にどの様な模型が実験結果と無矛盾に
なり得るかを明らかにする。

研究実績の概要

ニュートリノの質量の起源を説明し得るLμ-Lτ対称性模型を考え、ミューオン加速器実験でのLμ-Lτゲージ粒子Z'の検証可能性を調べた。質量の起源となる暗黒ヒッグス粒子と共にZ'が生成される場合、終状態に複数のミュー粒子が現れる。それらミュー粒子のエネルギーを測定することでZ'と暗黒ヒッグスの質量を精度良く再構成できることを明らかにした。さらに、Lμ-Lτ対称性に加えてU(1)対称性が存在する場合、暗黒物質の残存量を説明しつつミュー粒子の異常磁気能率のズレも説明し得ることを明らかにした。さらに、当時存在したB中間子のレプトン崩壊の異常をも説明できることを明らかにした。
たまT2K実験において軽い新粒子の探索可能領域を明らかにした。T2K実験でニュートリノ生成のためのビーム衝突において制動放射と中間子崩壊から暗黒光子がどのくらい生成されうるかを計算し、前置検出機であるND280での暗黒光子崩壊数を評価した。さらに背景事象数も計算し暗黒光子の探索可能領域を明らかにした。これにより現在までのデータによってこれまで知られていなかったパラメーターの排除領域が存在することを明らかにした。さらに今後予定されているアップグレードによって新たなパラメーター領域が排除されることを示した。同様の解析をB-L対称性のゲージ粒子に対しても行い、将来実験によるパラメーターの排除領域を明らかにした。またB-L対称性のもとで右巻きニュートリノが暗黒物質になる可能性を調べ、freeze-in機構による残存量を計算した。これにより右巻きニュートリノ暗黒物質の可能性を明らかにした。

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

レプトンフレーバーの破れの起源を調べるための準備として、フレーバーが保存している場合の検証可能性を明らかにした。今後はこれらの成果をもとにレプトンフレーバーの破れの起源の検証可能性を調べていく。

今後の研究の推進方策

これまでの調べた研究をもとに複数のニュートリノ質量の起源を想定し、それによるレプトンフレーバーの破れが存在する場合に実験によってどこまで検証が可能かを調べていく。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 5件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Sichuan University(中国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] APCTP(韓国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] APCTP(韓国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Sichuan U.(中国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Multi muon/anti-muon signals via productions of gauge and scalar bosons in a $U(1)_{L_\mu - L_\tau }$ model at muonic colliders2023

    • 著者名/発表者名
      Das Arindam、Nomura Takaaki、Shimomura Takashi
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 83 号: 9 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-023-11955-4

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Neutrinophilic dark matter annihilation in a model with U(1)_{L_\mu-L_\tau} \times U(1)_H gauge symmetry2023

    • 著者名/発表者名
      Nagao I. Keiko、Nomura Takaaki、Okada Hiroshi、Shimomura Takashi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 号: 5 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.055032

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] New constraint on dark photon at T2K off-axis near detector2023

    • 著者名/発表者名
      Araki Takeshi、Asai Kento、Iizawa Tomoya、Otono Hidetoshi、Shimomura Takashi、Takubo Yosuke
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2023 号: 11 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1007/jhep11(2023)056

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Search for lepton flavor violating decay at FASER2023

    • 著者名/発表者名
      Araki Takeshi、Asai Kento、Otono Hidetoshi、Shimomura Takashi、Takubo Yosuke
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2023 号: 1

    • DOI

      10.1007/jhep01(2023)145

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Forward Physics Facility at the High-Luminosity LHC2023

    • 著者名/発表者名
      Feng Jonathan L et al.
    • 雑誌名

      Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics

      巻: 50 号: 3 ページ: 030501-030501

    • DOI

      10.1088/1361-6471/ac865e

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Pseudo-Nambu-Goldstone dark matter from non-Abelian gauge symmetry2022

    • 著者名/発表者名
      Otsuka Hajime、Shimomura Takashi、Tsumura Koji、Uchida Yoshiki、Yamatsu Naoki
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 号: 11 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.115033

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Revisiting sterile neutrino dark matter in gauged U(1)B-L model2022

    • 著者名/発表者名
      Eijima Shintaro、Seto Osamu、Shimomura Takashi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 号: 10 ページ: 103513-103513

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.103513

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Inelastic dark matter from dark Higgs boson decays at FASER2022

    • 著者名/発表者名
      Li Jinmian、Nomura Takaaki、Shimomura Takashi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2022 号: 9

    • DOI

      10.1007/jhep09(2022)140

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Search for lepton flavor violating decays of light bosons at FASER2024

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimomura
    • 学会等名
      Seminar at Institute for Theoretical Physics, Kanazawa University
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Revisiting sterile neutrino dark matter in gauged B-L model2023

    • 著者名/発表者名
      下村崇
    • 学会等名
      第129回日本物理学会九州支部例会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Dark sector with light mediators2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimomura
    • 学会等名
      Aso Workshop on Particle physics and cosmology 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Revisiting sterile neutrino dark matter in gauged B-L model2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimomura
    • 学会等名
      KEK theory seminar
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Search for lepton flavor violation at FASER2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimomura
    • 学会等名
      Higgs as a Probe of New Physics 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Search for B-L gauge boson with sterile neutrino dark matter at FASER2023

    • 著者名/発表者名
      永島伸多郎, 瀬戸治, 下村崇, 内田祥紀
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Type-II seesaw models with modular A4 symmetry2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimomura
    • 学会等名
      Recent development of modular flavor symmetry
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Search for lepton flavor violation at FASER2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimomura
    • 学会等名
      Kagohima Workshop on Particles, Fields and Strings 2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fermion iDM from Dark Higgs Decays at FASER2022

    • 著者名/発表者名
      Jinmian Li, 野村敬明, 下村崇
    • 学会等名
      第128回日本物理学会九州支部例会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Search for lepton flavor violating decays of light bosons at FASER2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimomura
    • 学会等名
      2022年度新学術領域「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inelastic Dark Matter from Dark Higgs Decays at FASER2022

    • 著者名/発表者名
      Jinmian Li, 野村敬明, 下村崇
    • 学会等名
      日本物理学会2022年年次大会 (岡山理科大学)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Aso Workshop on Particle physics and cosmology 20232023

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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