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2021 年度 実績報告書

ニュートリノで探る対称性と宇宙像

計画研究

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 18H05542
研究機関東京大学

研究代表者

伊部 昌宏  東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (50599008)

研究分担者 渡利 泰山  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (40451819)
石渡 弘治  金沢大学, 数物科学系, 准教授 (40754271)
北野 龍一郎  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (50543451)
永田 夏海  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (60794328)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワード素粒子標準模型を超える物理 / 初期宇宙論 / ニュートリノ / 弦理論
研究実績の概要

本研究の目的は素粒子標準模型における未解決問題を解決する模型や大統一模型に対する新たなアイデアを提案し、ニュートリノ物理で探ることの出来る新物理の範囲を広げていくことにある。以下本年度の主な成果例を挙げる。
(1)質量がO(1)MeV程度の比較的軽い暗黒セクターのスカラー粒子が与える宇宙背景ニュートリノの有効世代数への影響を解析し制限を導いた。また、暗黒物質模型として残存量が宇宙の物質反物質非対称性の量に比例するいわゆる非対称暗黒物質の新たな模型を提案した。その模型では軽い暗黒光子が自然に実現され、ニュートリノ有効世代数からの制限を回避できる利点を持っている。その他、標準模型におけるヒッグス場の安定配位である電弱スキルミオンが暗黒物質となっている可能性も議論した。さらに観測と整合する超共形対称性を持つハイブリッドインフレーションを一般化して提示し、アクシオン場とゲージ相互作用がもたらすバックリアクション効果を定量的に評価した。
(2)2021年度前半にミューオンの異常磁気能率の理論予測値と観測値の乖離が確かめられた。それを受け、この結果を説明する模型・シナリオを提示し,それらの検証方法を明らかにした。特に g-2 の乖離を説明可能な Lmu-Ltau ゲージ模型を将来のMuonE実験で直接的に検証可能であることを示した。またヒッグス物理やニュートリノ物理にも有効だと期待される正電荷ミューオンを高エネルギーまで加速して電子やミューオン同士で衝突させる「μTRISTAN」実験の提案も行った。
(3)ヘテロ型弦理論とIIA型弦理論で3+1次元のLorentz対称性とN=2の超対称性を持つ真空解の分類について、モノドロミー行列を直接数値計算して整数性を課すという新たな手法を導入、確立した。ほとんどの弦理論の真空は、内部空間の幾何としての解釈を許すものではないかという示唆が得られた。

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

本年度は、素粒子標準模型における未解決問題である暗黒物質の模型や、ニュートリを含む大統一模型の新たな提案など、宇宙論と対称性を繋ぐ様々な研究を推進してきた。特に、近年注目が集まっている比較的軽い質量を持つ暗黒物質模型群に対してニュートリノの有効世代数が重要なプローブとなることを示したことは、重要な成果であると言える。また、上記の実績の概要で挙げた研究以外にも、大統一模型および陽子崩壊の予言に関する研究も進展している。

今後の研究の推進方策

引き続き新物理模型の提案およびそれらの発展的な研究を行う。またこれまでの新提案の検証可能性の研究を通じてニュートリノ物理に対する新たなインプットに繋げていく。以下いくつかの研究計画を挙げる。
1. 2021年度に推進した Lmu-Ltau ゲージ対称性の破れの初期宇宙での様相を調べ、レプジェネシスなど物質・反物質非対称性の起源との整合性について研究を行う。またニュートリノ質量に対する予言を整理する。
2. 2021年度に推進したヒッグス場が南部・ゴールドストーン場であるというタイプの大統一模型における陽子寿命の予言を定量的に与える。
3. 暗黒物質の小規模構造を用いて宇宙初期の曲率揺らぎを制限する新たな手法の研究を行う。
4. μTRISTAN実験においてどのスケールの新物理まで探ることができるのかについて研究を行う。
5. 時空の幾何を定めると、弦理論では2次元時空上の共形場理論が定まる。この共形場理論が有理共形場理論になるのはどのような時空の幾何の場合かについて研究を進める。

  • 研究成果

    (35件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 1件、 査読あり 17件、 オープンアクセス 14件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2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] Tsung-Dao Lee Institute(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Tsung-Dao Lee Institute
  • [国際共同研究] Minnesota U., Theor. Phys. Inst./Texas A-M(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Minnesota U., Theor. Phys. Inst./Texas A-M
  • [国際共同研究] King's Coll. London(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      King's Coll. London
  • [国際共同研究] Madrid IFT(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      Madrid IFT
  • [国際共同研究] Warsaw University(ポーランド)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      Warsaw University
  • [雑誌論文] Subcritical regime of hybrid inflation with modular A4 symmetry2022

    • 著者名/発表者名
      Gunji Yoshihiro、Ishiwata Koji、Yoshida Takahiro
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2022 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP11(2022)002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Axion quality problem alleviated by nonminimal coupling to gravity2022

    • 著者名/発表者名
      Hamaguchi Koichi、Kanazawa Yoshiki、Nagata Natsumi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 105 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.105.076008

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Topology-insensitive axion mass in magnetic topological insulators2022

    • 著者名/発表者名
      Ishiwata Koji
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.195157

    • 査読あり
  • [雑誌論文] μTRISTAN2022

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yu、Kitano Ryuichiro、Matsudo Ryutaro、Takaura Hiromasa、Yoshida Mitsuhiro
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2022 ページ: -

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac059

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electroweak-Skyrmion as asymmetric dark matter2022

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yu、Kitano Ryuichiro、Kurachi Masafumi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2022 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP02(2022)124

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Probing the Lmu-Ltau gauge boson at the MUonE experiment2022

    • 著者名/発表者名
      Asai Kento、Hamaguchi Koichi、Nagata Natsumi、Tseng Shih-Yen、Wada Juntaro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.L051702

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Modular parametrization as Polyakov path integral: cases with CM elliptic curves as target spaces2022

    • 著者名/発表者名
      Kondo Satoshi、Watari Taizan
    • 雑誌名

      Communications in Number Theory and Physics

      巻: 16 ページ: 353~400

    • DOI

      10.4310/CNTP.2022.v16.n2.a3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct computation of monodromy matrices and classification of 4d $$ \mathcal{N} $$ = 2 heterotic-IIA dual vacua2022

    • 著者名/発表者名
      Enoki Yuichi、Watari Taizan
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2022 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP03(2022)059

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cosmological constraints on dark scalar2022

    • 著者名/発表者名
      Ibe Masahiro、Kobayashi Shin、Nakayama Yuhei、Shirai Satoshi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2022 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP03(2022)198

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Searching for stop LSP at the LHC2022

    • 著者名/発表者名
      Kpatcha Essodjolo、Lara I?aki、L?pez-Fogliani Daniel E.、Mu?oz Carlos、Nagata Natsumi、Otono Hidetoshi
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 82 ページ: -

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-022-10216-0

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Flipped SU(5) GUT phenomenology: proton decay and $$\mathbf {g_\mu - 2}$$2021

    • 著者名/発表者名
      Ellis John、Evans Jason L.、Nagata Natsumi、Nanopoulos Dimitri V.、Olive Keith A.
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 81 ページ: -

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-021-09896-x

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Flipped $$\mathbf {g_\mu - 2}$$2021

    • 著者名/発表者名
      Ellis John、Evans Jason L.、Nagata Natsumi、Nanopoulos Dimitri V.、Olive Keith A.
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 81 ページ: -

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-021-09829-8

  • [雑誌論文] The new $$(g-2)_\mu $$ result and the $$\mu \nu $$SSM2021

    • 著者名/発表者名
      Sven Heinemeyer, Essodjolo Kpatcha, Inaki Lara, Daniel E. Lopez-Fogliani, Carlos Munoz, Natsumi Nagata
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 81 ページ: -

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-021-09601-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A minimal supersymmetric SU(5) missing-partner model2021

    • 著者名/発表者名
      Ellis John、Evans Jason L.、Nagata Natsumi、Olive Keith A.
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 81 ページ: -

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-021-09337-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Muon g-2 in gauge mediation without SUSY CP problem2021

    • 著者名/発表者名
      Ibe Masahiro、Kobayashi Shin、Nakayama Yuhei、Shirai Satoshi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2021 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP07(2021)098

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chiral composite asymmetric dark matter2021

    • 著者名/発表者名
      Ibe Masahiro、Kobayashi Shin、Watanabe Keiichi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2021 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP07(2021)220

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gauge kinetic mixing and dark topological defects2021

    • 著者名/発表者名
      Hiramatsu Takashi、Ibe Masahiro、Suzuki Motoo、Yamaguchi Soma
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2021 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP12(2021)122

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Detection capability of the Migdal effect for argon and xenon nuclei with position-sensitive gaseous detectors2021

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Kiseki D、Miuchi Kentaro、Kazama Shingo、Shoji Yutaro、Ibe Masahiro、Nakano Wakutaka
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2021 ページ: -

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa162

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Axion in antiferromagnetic insulators2022

    • 著者名/発表者名
      石渡弘治
    • 学会等名
      ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
    • 招待講演
  • [学会発表] Leptogenesis and muon g-2 in gauged U(1) Lmu-Ltau extension2022

    • 著者名/発表者名
      永島伸太郎
    • 学会等名
      ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
    • 招待講演
  • [学会発表] muTRISTAN2022

    • 著者名/発表者名
      高浦大雅
    • 学会等名
      ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
    • 招待講演
  • [学会発表] ゲージ1重項ダークスカラーのニュートリノ有効世代数による制限2022

    • 著者名/発表者名
      中山悠平
    • 学会等名
      日本物理学会(2022春季)
  • [学会発表] 間接探索実験における非対称暗黒物質の検証可能性2022

    • 著者名/発表者名
      小林伸
    • 学会等名
      日本物理学会(2022春季)
  • [学会発表] electron g-2の確率論的数値摂動計算2021

    • 著者名/発表者名
      高浦大雅
    • 学会等名
      日本物理学会(2021秋季)
  • [学会発表] A Minimal Supersymmetric SU(5) Missing-Partner Model2021

    • 著者名/発表者名
      永田夏海
    • 学会等名
      SUSY2021
  • [学会発表] Gauge Mediationに基づくCPを破らないミューオンg-2模型の構築2021

    • 著者名/発表者名
      中山悠平
    • 学会等名
      日本物理学会(2021秋季)
  • [学会発表] カイラルダークセクターにより構成される複合非対称暗黒物質模型2021

    • 著者名/発表者名
      渡邊圭一
    • 学会等名
      日本物理学会(2021秋季)
  • [学会発表] W=0 complex structure moduli stabilization on CM-type K3 x K3 orbifolds2021

    • 著者名/発表者名
      渡利泰山
    • 学会等名
      Strings and Fields 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Modular parametrization as Polyakov path-integral2021

    • 著者名/発表者名
      渡利泰山
    • 学会等名
      Number theory, string theory and quantum physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会・シンポジウム開催] KASHIWA DARK MATTER SYMPOSIUM 20212021

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公開日: 2023-12-25  

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