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ニュートリノで探究する大統一理論の物理

公募研究

研究領域ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
研究課題/領域番号 19H05106
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
研究機関島根大学

研究代表者

波場 直之  島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (00293803)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
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)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードニュートリノ / ニュートリノCP / 大統一理論 / 陽子崩壊 / ニュートリノ振動 / ニュートリノCP位相 / SO(10) GUT / GUT / SO(10) / SU(5) / SUSY / レプトン系のCPの破れ / ニュートリノ質量階層性
研究開始時の研究の概要

素粒子の標準模型(SM)には、「何故、ニュートリノの質量は、他のクォーク・レプトンに比べて遥かに小さいのか?」、「何故、陽子と電子の電荷の絶対値は 21 桁以上の精度で等しいのか?」などの大いなる謎が存在する。これらの謎は、SMの背後の「より根本的な新しい物理(BSM)」の存在を強く示唆する。大統一理論 は、陽子と電子の電荷の絶対値が等しいことを数学的に保証するBSMの有力な候補であり、陽子崩壊を予言する。本研究では、ニュートリノ振動などで測定される物理量と陽子崩壊の相関などを理論的に調べ、大統一理論の情報を得ることを目標にする。更に、得られた相関から、観測可能な新たな予言ができないか調べる。

研究実績の概要

超対称SO(10)大統一理論に基づく模型のうち、10表現場一つ, 反126表現場一つ, 120表現場一つの湯川結合Y_10, Y_126, Y_120からクォーク・レプトン湯川結合が導出されるものを考えた。そして、クォーク・レプトン質量、CKM行列、ニュートリノ振動の実験値を正しく再現しつつ、colored Higgsino交換から生じる陽子崩壊(dimension-5陽子崩壊)の振幅を抑制し、軽い超対称粒子の存在と陽子寿命の実験的制限が無矛盾になるようなY_10, Y_126, Y_120の構造を数値的に解析した。この研究では特に、ニュートリノ微小質量がType-2シーソー機構から導出される場合を取り上げ、ニュートリノ・ディラックCP位相とdimension-5陽子崩壊振幅の抑制度との相関等を調査した。結果、ディラックCP位相が[-π/2,π/2]の領域にある時に、dimension-5陽子崩壊振幅が抑制される傾向があることがわかった。
また、最小繰り込み可能超対称SO(10)大統一理論において、p→K^0 μ^+過程とp→K^+ ν_μbar過程の頻度の比の予言を行なった。興味深いことに、この比は、頻度そのものと違い、超対称粒子のスペクトルにほとんど依存しないので、超対称粒子が発見されない現状でも予言できる。クォーク・レプトン質量とフレーバー混合の実験値を正しく再現するような大統一理論の湯川結合を数値的に決定したのち、頻度の比の予言を行った。結果、p→K^0 μ^+過程とp→K^+ ν_μbar過程の頻度の比は0.05以上、0.6以下であることがわかった。これは、ハイパーカミオカンデにおいて両過程が共に観測されうることを意味する。さらに、最小SU(5)大統一理論における比を見積った結果、上記範囲より遥かに小さいことがわかった。ゆえに、両過程を観測することで、最小繰り込み可能超対称SO(10)大統一理論と最小SU(5)大統一理論を区別することができる。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (17件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] アラバマ大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Renormalizable SO (10) grand unified theory with suppressed dimension-5 proton decays2020

    • 著者名/発表者名
      Haba Naoyuki、Mimura Yukihiro、Yamada Toshifumi
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2021 号: 2 ページ: 1-28

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa186

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Charged lepton flavor violating processes in neutrinophilic Higgs + seesaw model2020

    • 著者名/発表者名
      Haba Naoyuki、Omija Tsuneharu、Yamada Toshifumi
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 号: 7 ページ: 1-22

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa089

    • NAID

      120006975576

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enhanced $\Gamma(p\to K^0\mu^+)/\Gamma(p\to K^+\bar{\nu}_\mu)$ as a signature of minimal renormalizable SUSY SO (10) GUT2020

    • 著者名/発表者名
      Haba Naoyuki、Mimura Yukihiro、Yamada Toshifumi
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 号: 9 ページ: 1-20

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa097

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Muon and electron g-2 and the origin of the fermion mass hierarchy2020

    • 著者名/発表者名
      Haba Naoyuki、Shimizu Yasuhiro、Yamada Toshifumi
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 号: 9 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa098

    • NAID

      120006975577

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On theta_{23} Octant Measurement in 3+1 Neutrino Oscillations in T2HKK2020

    • 著者名/発表者名
      Haba, Naoyuki, Mimura, Yukihiro, Yamada, Toshifumi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gravitational Waves from Phase Transition in Minimal SUSY U(1)_{B-L} Model2020

    • 著者名/発表者名
      Haba, Naoyuki, Yamada, Toshifumi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: -

    • NAID

      120006975584

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detectable dimension-6 proton decay in SUSY SO(10) GUT at Hyper-Kamiokande2019

    • 著者名/発表者名
      Haba Naoyuki、Mimura Yukihiro、Yamada Toshifumi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2019 号: 7 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1007/jhep07(2019)155

    • NAID

      130008153609

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Lepton flavor violation in renormalizable SUSY SO(10) GUT2021

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 清水康弘, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Pseudo-Dirac Neutrinos at the LHC2021

    • 著者名/発表者名
      山田敏史, 波場直之, 萩原薫, Ya-Juan Zheng
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Neutrinophilic Higgs+Seesaw modelにおける, Charged Lepton Flavor Violating processes の将来的な観測可能性2020

    • 著者名/発表者名
      大見謝恒春, 波場直之, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Reconsider anarchy of O(1) coefficients in Quark/Lepton Mass Matrices2020

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 清水康弘, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Reconsider fermion mass anarchy in SU(5) GUT2020

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 清水康弘, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Muon and Electron g - 2 and charged lepton mass Hierarchy2020

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 清水康弘, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Compactification scale and the mass of vector-like fermions from the gauge-Higgs conditions2020

    • 著者名/発表者名
      山田敏史, 波場直之, 岡田宣親
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Gravitational waves from a phase transition in the minimal SUSY U(1)B-L model2020

    • 著者名/発表者名
      山田敏史, 波場直之
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] θ23 octant measurement in 3+1 neutrino oscillations in T2HKK2020

    • 著者名/発表者名
      山田敏史, 波場直之, 御村幸宏
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] マヨラナ質量を含む一般的なneutrinophilic two-Higgs-doublet modelへの, Lepton Flavor Violationからの制限2020

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 大見謝恒春, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Muon and Electron g - 2 and the Origin of Flavor Hierarchy2020

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 清水康弘, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Gravitational waves from a phase transition in a SUSY left-right model2020

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Dimension-five-friendly Yukawa couplings in SO(10) GUT2019

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 御村幸宏, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Proton Lifetime Upper Bound in Non-SUSY SU(5) GUT2019

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 御村幸宏, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Detectable dimension-6 proton decay in SUSY SO(10) GUT at Hyper-Kamiokande2019

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 御村幸宏, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] p → K0 μ+ partial proton lifetime in SUSY SO(10) GUT2019

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 御村幸宏, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Gravitational waves from a phase transition in Randall-Sundrum-1 model2019

    • 著者名/発表者名
      波場直之, 山田敏史
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] ニュートリノで探究する大統一理論の物理

    • URL

      http://www.phys.shimane-u.ac.jp/haba_lab/kenkyuuhi09.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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