| 研究課題/領域番号 |
15K05052
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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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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 素粒子論 / 対称性の自発的破れ / 細谷機構 / 余剰次元 / ゲージヒッグス統合 / 大統一理論 |
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| 研究実績の概要 |
ヒッグス粒子は発見されたが、その正体はまだ不明である。要は、対称性の自発的破れの機構であり、標準理論が正しいかどうかはわからない。1983年に細谷により発見された細谷機構は電弱統一理論に適用され、ヒッグス粒子とゲージ場を統合する理論としてLHCでの検証を待つ。この細谷機構の基礎を明らかにし、従来のヒッグス機構にとってかわる新しい自発的対称性の破れのメカニズムを確立し、電弱統一理論のみならず、将来の大統一理論の基礎を固めるのがこの研究課題の目的である。
特に今年度は、（１）電弱ゲージヒッグス統合模型を精密化し、細谷機構の特殊性、他の模型との違い、細谷機構の秀でた点を明らかにし、さらに（２）大統一ゲージヒッグス統合模型を構築し、強い相互作用も取り込んだ新たな大統一理論からでる帰結を探ることを主要研究目的とした。
SO(5)xU(1)電弱ゲージヒッグス統合模型は，低エネルギーおよびLHCエネルギーでほぼ標準理論と同じ予言を与える。ヒッグスボゾンの２光子への崩壊過程、光子+Zボソンへの崩壊過程は、1ループで起るため、一般に高次元模型では，無限の数のKaluza-Klein励起モードの寄与があり、全部足し合わせると発散してしまう。しかしながら、細谷機構を基礎にするゲージヒッグス統合模型では、各々のループ過程で驚くべき絶妙の相殺があり、無限和は有限になり、かつ、その大きさは微少であることを示した。
強い相互作用も取り込むSO(11)大統一ゲージヒッグス統合模型を構成した。ヒッグスボゾンは、ゲージ場の５次元成分として出現し、クォーク・レプトンが32次元表現と11次元表現のフェルミオン場に自然に統合されることを示した。通常の４次元での大統一ゲージ模型では、陽子崩壊が必然的に起る。SO(11)大統一ゲージヒッグス統合模型では、陽子崩壊が自然に禁止されることを発見した。
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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
SO(5)xU(1)電弱ゲージヒッグス統合模型で、ヒッグスボゾンの光子+Zボソンへの1ループ崩壊過程で、無限の数のKaluza-Klein励起モードの寄与を評価し、全て足し合わせると、驚くべき絶妙の相殺があり、無限和が有限になり、かつ、その大きさは微少であることを示した。この相殺現象は、当初、全く予想できなかった。ゲージ不変性のおかげで、何らかの相殺が起ることは予想していたが、２光子への崩壊過程とは異なり、単純にKaluza-Klein励起モードが交互に正負の寄与を出し相殺するのではなく、ループの中で、Kaluza-Klein順位が変化するものもふくめて相殺が完結することを長い計算の後見いだした。
大統一ゲージヒッグス統合模型を見つけるにあたり、当初、どのゲージ群から出発すべきかも不明であった。低エネルギーで標準模型を再現し、余分の粒子がでないという制限をおくと、SO(11)大統一ゲージヒッグス統合模型にたどり着いた。さらに、クォーク・レプトンがSO(11)のスピノル32次元表現にうまく入るのを見つけたのも大きい。現実的なクォーク・レプトンの質量スペクトルを得るには、これだけでは不十分で、SO(11)のベクトル11次元表現のフェルミオンも導入する必要性も明らかにした。全く予想できない展開だった。また、４次元での大統一ゲージ模型では、陽子崩壊が予言されるが、実験では見つかっていない。SO(11)大統一ゲージヒッグス統合模型では、陽子崩壊が自然に禁止されることを発見した。これは新しいメカニズムであり、実験観測にたいしての重要な予言である。
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| 今後の研究の推進方策 |
SO(5)xU(1)電弱ゲージヒッグス統合模型では、これからの14TeV LHC で検証可能な予言を導きだす。Z'イベントについては既に解析した。今後は、W'イベント、t tbar 生成等について、いかに、ゲージヒッグス統合模型をLHC実験で検証できるかを明らかにする。また、H27年度に明らかにした、ヒッグス粒子の２光子への崩壊過程、光子+Zボソンへの崩壊過程で、無限の数のKaluza-Klein励起モードの寄与の総和が有限になることについて、その背後にある理由を探る。
SO(11)大統一ゲージヒッグス統合模型では、クォーク・レプトンの質量スペクトルを再現し、明確な予言を導きだす。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予想以上に、国際旅費が低額でまかなえた。また、コンピュータはH28に購入する方が適切となった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
H28にコンピュータを購入し、また、５月外国出張旅費にあてる。
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