| 研究課題/領域番号 |
15K05052
|
|---|
| 研究機関 | 大阪大学 |
|---|
研究代表者 |
細谷 裕 大阪大学, 理学研究科, 教授 (50324744)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
|
| 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 |
|---|
| 研究実績の概要 |
発見されたヒッグス粒子が標準模型のものか、それとも、その背後に新しい物理が待ち受けているのかを精査する必要がある。鍵となるのはゲージ対称性の自発的破れのメカニズムである。標準模型では、SU(2)xU(1)ゲージ対称性を電磁U(1)ゲージ対称性に破るのにヒッグス機構を用いる。このやり方ではヒッグス粒子とクォーク・レプトン・ゲージボゾン、そしてヒッグス粒子の自己相互作用は任意のものとなり、原理が欠落している。細谷により1983年に発見された細谷機構では、４次元のヒッグスボゾンはゲージ場の５次元目成分の一部として出現し、ゲージ原理により相互作用が支配される。この細谷機構に基づいた電弱統合理論としてゲージヒッグス統合理論がある。
細谷は、SO(5)xU(1)電弱統合理論を構成し、その予言を導き、いかにLHCやILCで検証できるかを明らかにした。H28年度では、LHC RUN2 実験を念頭におき、光子、Wボゾン、ZボゾンのKaluza-Klein励起モードが6 TeV - 8 TeV領域に出現し、様々な崩壊過程で検出しうることを示した。特に有望なのは、ZボゾンのKK励起モード（Z'と呼ばれる）をe+e-, mu+mu-の対で検出することである。Z'の質量が6 TeV (8 TeV)の場合、4 TeV - 6 TeV領域に 10-20 (1-2) eventsの対が生成される。残念ながらW'を検出するのはRUN2では難しい。
さらに、細谷は強い相互作用も統合するSO(11)ゲージヒッグス大統一理論を５次元で構成した。ゲージ対称性はSO(11)からSO(4)xSO(7), さらにSU(2)xU(1)xSU(3)に破れ、最後に細谷機構で電磁U(1)xSU(3)に破れる。クォークレプトンは正しく出るが、余分のエキゾティック粒子が出てしまう。この点については改善が必要である。
|
| 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)ゲージヒッグス統合理論の解析は着実に進展している。重要なパラメータであるAB位相が0.1より小さければ、低エネルギーでは標準模型とほぼ同じ結果を与える。標準模型との違いはLHCでは6TeV領域に現れる。曲がった時空であるRandall-Sundrumワープ空間では標準模型の粒子やそのKKモードのゲージ結合やヒッグス結合は波動関数から詳細な数値計算が必要だが、無事終えた。これにより、Z', W'の検出過程の断面積だけでなく、中間状態に現れるKKモードの寄与を含めて初めて種々のプロセスのユニタリティが保証されることを示せたのは予想外の成果であった。
また大統一理論においては、５次元Randall-Sundrumワープ空間で定義したSO(11)ゲージヒッグス大統一理論では余分な軽い粒子が必然的に出てしまうことが判明したのは、長い目で見れば大きな進歩である。相互作用の大統一を実現するには、６次元以上の時空が必要になることがわかったのである。
|
| 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LHCでの検証については、KKグルーオン励起からくるパリティの破れの効果をtop-antitop対生成のエネルギー分布で見る。RUN2で検証できる。
次の課題としてSO(5)xU(1)ゲージヒッグス統合理論のILCでの検証がある。ゲージヒッグス統合理論の特徴として光子、ZボゾンのKaluza-Klein励起モードは右巻きのクォーク、レプトンに強く結合するため、ILCでe+e-, mu+mu-対生成のforward-backward非対称性が大きくなる。250GeV ILCでも標準模型よりのずれが少しみえ、500GeV ILCだとずれは顕著になるはずである。これを示す。
大統一については６次元の一般化されたRandall-Sundrumワープ空間でのSO(11)ゲージヒッグス大統一理論を完成させる。余分な軽い粒子が出ないことはすでに確かめている。
|
