ニュートリノ質量起源と新型暗黒物質

• 研究領域: ニュートリノフロンティアの融合と進化
• 研究課題/領域番号: 16H00868
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 津村 浩二 京都大学, 理学研究科, 助教 (40648101)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 暗黒物質 / ニュートリノ / アクシオン / 素粒子論 / 素粒子実験

研究実績の概要

ニュートリノ質量と暗黒物質の存在は, 既に素粒子標準模型を超えた物理として揺るぎないものとなった. これまでニュートリノ質量起源と暗黒物質の関係は輻射型シーソー模型の枠組みで広く議論されてきた. 本研究ではSIMP暗黒物質を通してニュートリノが質量を獲得する新しいシナリオを構築した. SIMP暗黒物質は一般に強く自己相互作用するためスカラーポテンシャルの不安定性を導く. この問題のため比較的に素朴に構築した模型は全て棄却されることが分かった. そこで共鳴を用いたレゾナントSIMPのアイデアを用いてニュートリノ質量模型の拡張を行った. 共鳴機構を用いることで理論的にも実験的にも許されるパラメタ領域が発見され, また厳しい実験的制限があるため近い将来にその検証も期待できることが分かった. 一方で, SIMP研究はその強い自己相互作用に触発されてその重力波検証についての研究にも派生した. さらに暗黒物質候補としてWIMPやSIMPだけでなく, アクシオンがその役割を果たす模型についても検討を行った. このような模型ではニュートリノの質量起源となるスケールと強いCP問題の解決するPQ対称性の破れのスケールが統一される. SIMP研究では暗黒物質の安定性を保証する対称性とレプトン数が同一視されたのに対し, こちらではPQ対称性とレプトン数が同一視されたことになる. アクシオンは強いCP問題を解決するだけでなく, 暗黒物質問題の解としても利用できるため異なる物理がさらに関係づいたことになる.

現在までの達成度 (段落)

29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

29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] カルフォルニア工科大学/カルフォルニア大学リバーサイド校(米国)
• [国際共同研究] ミュンヘン工科大学/ハイデルベルク大学(ドイツ)
• [国際共同研究] カルフォルニア工科大学(米国)
• [国際共同研究] LPT Orsay(フランス)
• [雑誌論文] Toward background-free RENP using a photonic crystal waveguide (2017)
  • 著者名/発表者名: Minoru Tanaka, Koji Tsumura, Noboru Sasao, and MotohikoYoshimura
  • 雑誌名: Prog. Theor. Exp. Phys. 巻: 2017 号: 4 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1093/ptep/ptx035
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gravitational wave from dark sector with dark pion (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsumura Koji、Yamada Masatoshi、Yamaguchi Yuya
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2017 号: 07 ページ: 1-41
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2017/07/044
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A radiative neutrino mass model with SIMP dark matter (2017)
  • 著者名/発表者名: Ho Shu-Yu、Toma Takashi、Tsumura Koji
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2017 号: 7 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1007/jhep07(2017)101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Majoron as the QCD axion in a radiative seesaw model (2017)
  • 著者名/発表者名: Ma Ernest、Ohata Takahiro、Tsumura Koji
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 号: 7 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.075039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of initial spatial phase in radiative neutrino pair emission (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Minoru、Tsumura Koji、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimura Motohiko
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 号: 11 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.113005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Systematic U(1)_{B-L} Extensions of Loop-Induced Neutrino Mass Models with Dark Matter (2016)
  • 著者名/発表者名: S.-Y. Ho, T. Toma, K. Tsumura
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 94, 033007 号: 3 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.033007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Neutrino Meets SIMP Dark Matter (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Tsumura
  • 学会等名: Workshop for Unification and Development of the Neutrino Science Frontier
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Towards Neutrino Mass Spectroscopy (High-Energy Physics at Low Energy Frontier) (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Tsumura
  • 学会等名: East Asia Joint Workshop on Fields and Strings 2017, KEK Theory workshop 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Maxion : Majoron as the QCD Axion in a Radiative Seesaw Model (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Tsumura
  • 学会等名: The 7th KIAS Workshop on Particle Physics and Cosmology and The 2nd KEK-NCTS-KIAS Workshop on Particle Physics Phenomenology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Neutrinos Meet SIMP (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Tsumura
  • 学会等名: Energy Frontier in Particle Physics: LHC and Future Colliders
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lepton Flavor Violation in the Lepton Sector (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Tsumura
  • 学会等名: The 15th Conference on Flavor Physics and CP Violation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Towards Neutrino Mass Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Tsumura
  • 学会等名: The 3rd Computational Chemistry Symposium -The main symposium of ICCMSE 2017-
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SU(2)μτ模型とミュオン異常磁気能率のずれ (2017)
  • 著者名/発表者名: 津村浩二
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] ニュートリノ質量分光における空間的振動位相印加のインパクト (2017)
  • 著者名/発表者名: 津村浩二
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年 秋季大会
• [学会発表] 原子を使ったニュートリノ質量分光 (2017)
  • 著者名/発表者名: 津村浩二
  • 学会等名: 第一回琉球大学計算科学シンポジウム：“素粒子と物性・化学は協力し合える！”
  • 招待講演
• [学会発表] Towards Neutrino Mass Spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Koji Tsumura
  • 学会等名: The NTU-Kyoto Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 原子ニュートリノ観測のための誘電体導波路中のQED過程の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 津村浩二
  • 学会等名: 第5回 CUTE シンポジウム：量子状態計算「素粒子から化学へ」
  • 招待講演
• [学会発表] 残存離散対称性を持つ輻射シーソー模型の分類 (2016)
  • 著者名/発表者名: 津村浩二
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年 秋季大会
• [備考] 津村浩二の研究について
  • URL: http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~koji.tsumura/research.html
• [学会・シンポジウム開催] Summer Institute 2017 (2017)
• [学会・シンポジウム開催] Axion physics and dark matter cosmology (2017)