| 研究領域 | 先端加速器ＬＨＣが切り拓くテラスケールの素粒子物理学～真空と時空への新たな挑戦 |
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| 研究課題/領域番号 |
23104009
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
細谷 裕 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50324744)
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| 研究分担者 |
尾田 欣也 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60442943)
林 青司 東京女子大学, 現代教養学部, 教授 (80201870)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 素粒子理論 / 余剰次元 / ヒッグスボゾン / ゲージヒッグス統合 / 細谷機構 / ヒッグスインフレーション |
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| 研究実績の概要 |
ヒッグスボゾンが、LHCで発見されたが、その正体はまだ不明である。我々の世界の時空が5次元以上あるとすれば、その反映としてヒッグスボゾンが全く違う形で出現する。余剰次元の存在を確認することで、新しい時空像を打ち立てようというのがこの研究課題である。
細谷は、 質量126GeVのヒッグス粒子を実現するSO(5)xU(1) ゲージ・ヒッグス統合理論から、LHC14TeV実験にどのような予言を与えるか吟味した。5次元目のAB位相, KK質量, ヒッグスボゾンの3点,4点結合定数, Zボゾン、光子のKK励起粒子の質量などの間に、理論の詳細によらない普遍的な関係があることを示し、LHC14TeV実験でのZ'ボソン生成断面積を評価し、AB位相が0.08 ~ 0.12のとき、6 TeV ~ 8 TeV の領域で、レプトン対のシグナルとして確実に観測可能であることを示した。 また、dark fermionが暗黒物質になること、現在の暗黒物質の残存量を説明するためには、dark fermionの質量は2TeV - 3TeV 領域にあることを示した。林はゲージ・ヒッグス統合理論の一般論を展開し、ヒッグス粒子と他の粒子との結合定数が標準理論からずれることを示した。尾田は、標準模型のヒッグス場と重力場の曲率とのカップリングがあれば、ヒッグスインフレーションが可能となり、今後、PlanckやBICEP観測によりヒッグスインフレーションの詳細が探索可能になることを示した。 細谷は、細谷機構をSU(3)格子ゲージ理論の数値シミュレーションで解析し、ゲージ対称性の自発的破れが、非摂動的に起ることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
電弱理論を記述する現実的なSO(5)xU(1)ゲージヒッグス統合理論ができ、今年より始まる 14TeV LHC 実験でいかに検証するかを明らかにした。最も有望なのはZボゾン、photonのKK励起モードをe+ e-対, ミューオン対で探索することである。暗黒物質の直接探索でもdark fermionを2TeV - 3TeV 領域に見つける事ができるはずで、この2, 3年の内に決着がつくはずである。幾多もある標準理論を超えるモデルの中で、超対称性理論以外で、ここまで予言できるのはめずらしい。非常に大きな成果である。検証されれば、余剰次元の存在が強く示唆されることになり、我々の時空概念が変革されることになる。
また、標準理論においても、重力との結合を考えることで、インフレーションが自然に起ることを示したのも予想外のことで、非常に大きな成果である。これまで、インフレーションはそのための「インフラトン場」を仮定してモデルが作られてきたが、既に知られている粒子で説明できるのである。
細谷機構を格子ゲージ理論の数値シミュレーションで示したのも大きい。まさしく、ゲージ不変な量によって、ゲージ不変性を自発的に破るメカニズムを非摂動的に確立したのである。今後の力の統一理論を構築する上で、新しい方法として重要になるだろう。
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| 今後の研究の推進方策 |
SO(5)xU(1)ゲージヒッグス統合理論の解析をさらに進める。とくに、H -> Z gamma のループ補正を評価、無限個のKK粒子の寄与が有限になることを示す。理論的には、ゲージ不変性が有限性を保証していると考えられるので、それを証明する。さらに、14TeV LHC 実験での t tbar 生成における非対称性、dark fermion 生成による mono-jet事象等を詳しく調べる。理論的課題として、強い相互作用を含んだゲージヒッグス大統一理論を構築する。また、ゲージヒッグス統合理論におけるフレーバー問題の解決法を吟味する。
ヒッグスインフレーションとプランクスケール物理の関連を調べる。ゲージヒッグス統合理論におけるブレーンスカラーによるインフレーションの可能性も吟味する。
細谷機構の格子ゲージ理論の数値シミュレーションによる検証では、格子サイズを倍にして、固有値分布を吟味し、無限体積極限での振る舞いを確かめる。ゲージ対称性の破れに関する相転移の特徴がわかるはずである。
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