| 研究課題/領域番号 |
23K22486
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01215 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
諸井 健夫 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (60322997)
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| 研究分担者 |
殷 文 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (20908719)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2026年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2024年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | 素粒子標準模型を越える物理 / 電弱真空 / 真空の安定性 / 真空の崩壊 / 素粒子標準模型を超える物理 / 暗黒物質 / 超対称模型 / インフレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の研究テーマは、大きく３つに分けられる。
第１は、上旬模型を超える素粒子模型における電弱真空の安定性の研究である。不安定な電弱真空を実現する素粒子模型は数多く存在する。それらについて電弱真空の崩壊率を精度良く計算し、模型に対する信頼度の高い制限を得る。
第２に、インフレーション中における電弱真空の安定性について研究を行う。インフレーション中およびインフレーション後の再加熱時期には、スカラー場の量子揺らぎが増幅される可能性がある。それが電弱真空の安定性に与える影響を調べる。
そして第３に、電弱真空の安定性を保証する素粒子模型について、その実験・観測的検証方法を探る。
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| 研究実績の概要 |
諸井は、μ粒子異常磁気能率のアノマリーを説明する素粒子模型が電弱真空の安定性に与える影響を調べ、そのような素粒子模型が持つべき性質を明らかにした。特に超対称模型について、電弱真空の安定性からの制限を明らかにした。特に、スカラーミューオンの質量に着目し、μ粒子異常磁気能率のアノマリーが説明されるために必要なスカラーミューオン粒子の質量の上限を得た。
さらに、暗黒光子が暗黒物質となる可能性に着目し、暗黒物質検出のための新たな手法を提唱した。特に、暗黒光子が空間に有効電場を作ることに着目し、その電場による量子ビット励起という現象を探査することにより、暗黒光子暗黒物質を検出することが可能となることを指摘した。そして、量子ビットを用いた探査により、これまでの探査実験では探査が及ばなかったパラメータ領域までアクセスが可能となることを明らかにした。また、別な手法として、マグノンを用いた暗黒物質探査についても研究を行った。マグノンは磁場に対する感度を持つため、有効磁場を作る暗黒物質に対する感度をもつ。そのような暗黒物質としては、暗黒光子のほかアクシオンなどがあげられる。本研究では、それらの暗黒物質候補について、マグノンを用いた探査がどの程度の探査感度をもつかを明らかにした。
殷は、ドメインウォールと呼ばれる位相欠陥について、そこに寄与する真空の一部が不安定である場合について、ドメインウォールの崩壊現象について研究した。特に、ドメインウォールの成長、崩壊、そして崩壊に伴う重力波放出について、格子計算に基づく第一原理計算を用いて解析し、そこから得られた重力波のスペクトルがNONOGravで探査されたものと無矛盾であることを指摘した。
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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
本研究の大きなテーマは「標準模型を超える素粒子模型における電弱真空の安定性の研究」、「インフレーション中の電弱真空の安定性」、「電弱真空の安定性を担保する素粒子模型の実験・観測的検証手法」の３つである。
特に第一のテーマ（標準模型を超える素粒子模型における電弱真空の安定性の研究）については、2023年度、μ粒子異常磁気能率のアノマリーが超対称模型粒子の輻射補正によるとした場合の超対称模型への制限に関する研究を完成させることができた。このテーマは、本研究計画を立案したときからの大きなテーマの一つであり、この研究の完成は本研究計画の大きな成果であると考えている。また、「電弱真空の安定性を担保する素粒子模型の実験・観測的検証手法」についても、マグノンや量子ビットを用いた新たな暗黒物質探査の手法を提唱することができ、順調に研究は進展していると考えている。
また、現在は量子ビットを用いた暗黒物質探査について更なる可能性の探究を行うとともに、熱浴中での不安定真空崩壊について崩壊率計算のための理論整備など、今後の成果に繋げるための準備も進めている。
さらに、不安定な真空がある場合のドメインウォール起源の重力波の研究など、もともと予期していなかったテーマについても成果が得られている。
今後は、「インフレーション中の電弱真空の安定性」の研究のウェイトを上げつつ、他のテーマについても研究を進展させる予定である。
以上から、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も引き続き、標準模型を超える素粒子模型における電弱真空の安定性の研究、インフレーション中の電弱真空の安定性、電弱真空の安定性を担保する素粒子模型の実験・観測的検証手法、という３つのテーマを柱に、研究を推進する。
上に述べたように、2023年度にμ粒子異常磁気能率のアノマリーに着目した超対称模型の真空の安定性についての研究についての一通りの完成を見た。このテーマに関する研究の完成をもって、標準模型を超える素粒子模型における電弱真空の安定性の研究については、一区切りがついたと考えている。そのため、2024年度以降は、インフレーション中の電弱真空の安定性、電弱真空の安定性を担保する素粒子模型の実験・観測的検証手法に研究の主眼を移していく予定である。
特に「電弱真空の安定性を担保する素粒子模型の実験・観測的検証手法」に関しては、2023年度に行った、量子ビットを用いた暗黒物質探査の研究を発展させる。これまでの研究では、暗黒光子暗黒物質の探査について研究を行ったが、他の暗黒物質候補（とくにアクシオン暗黒物質）の場合についても量子ビットを用いた探査の可能性を研究する。また、量子ビットの量子性を利用して探査限界を広げる可能性についても研究を行う。
「インフレーション中の電弱真空の安定性」については、インフレーション中およびインフレーション後の場の振動が、他の様々な場の揺らぎに及ぼす影響について研究を進める。また、熱浴中での不安定な真空の崩壊現象についても、研究を行う。
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