将来電子・陽電子加速器実験における暗黒物質探査

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02176
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松本 重貴 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (00451625)
• 研究分担者: 柳田 勉 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 客員上級科学研究員 (10125677) ; 末原 大幹 九州大学, 理学研究院, 助教 (20508387) ; 藤井 恵介 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 (30181308) ; 石川 明正 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, 准教授 (40452833) ; 山下 了 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 特任教授 (60272465) ; 竹内 道久 名古屋大学, 基礎理論研究センター, 准教授 (60749464)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 素粒子論 / WIMP暗黒物質 / 国際線形加速器実験 / WIMPの直接・間接探査 / 大型ハドロン加速器実験

研究実績の概要

松本は、標準模型シングレットなフェルミオン暗黒物質においてZボソンの半分程度の質量領域は未探査であるが、将来電子・陽電子加速器実験がその探査に重要な役割を果たすことを明らかにした。柳田は、暗黒物質の起源に関し暗黒物質セクターも我々の世界と同様な大統一理論で記述されていると考え統一理論を構築した。論理的帰結として100 GeV程度の質量を持つ現在までの制限と無矛盾な荷電暗黒物質が予言され、単に現象論的に考えられてきた本暗黒物質に深い理論的根拠を与えた。山下は、軽いヒグシーノ粒子のILCにおける測定感度から、超対称性パラメータに対する制限を評価し、大統一スケールの異なる模型を識別できることを示した。藤井は、LHCで発見が難しい暗黒物質の荷電パートナーの対生成のシュレーションを完成させた。模型パラメータ測定に関し、暗黒物質と荷電パートナーの質量や生成断面積に加え、ヒッグス粒子の結合定数測定結果を組み合わせ、どこまで精度良く決定できるのかを評価した。竹内は、ミュー粒子異常磁気モーメントの問題を解決するため、レプトンフレーバーの破れを持つ2つのヒッグス2重項を持つ模型を考え、LHC実験における検出可能性を議論した。石川は、Belle II 実験においてL_mu-L_tau模型とフレイバーの破れた模型におけるZ'粒子が暗黒物質へ崩壊する過程を探索した。その結果、本模型においては世界で初めてこの過程での断面積に対して制限を与えた。末原は、ILCにおける2フェルミオン終状態の精密測定を用いた探索について研究を行った。昨年度行った250 GeVシミュレーションの結果を基に高いエネルギーに外挿し、将来アップグレードを含む探索精度を算出した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Tufts U./Oklahoma U./U. Oklahoma(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Tufts U./Oklahoma U./U. Oklahoma
• [国際共同研究] DESY/Hamburg U.(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: DESY/Hamburg U.
• [国際共同研究] Academia Sinica（台湾）/LCC Physics WG/Belle/Belle II collaboration(その他の国・地域)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: Academia Sinica（台湾）/LCC Physics WG/Belle/Belle II collaboration
• [国際共同研究] Shanghai Jiaotong U.(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Shanghai Jiaotong U.
• [国際共同研究] Kolkata U.(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: Kolkata U.
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 1
• [雑誌論文] Role of future lepton colliders for fermionic Z-portal dark matter models (2020)
  • 著者名/発表者名: Ghosh Dilip Kumar、Katayose Taisuke、Matsumoto Shigeki、Saha Ipsita、Shirai Satoshi、Tanabe Tomohiko
  • 雑誌名: Physical Review D101 巻: 101 ページ: 015007
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.101.015007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The ILC as a natural SUSY discovery machine and precision microscope: from light higgsinos to tests of unification (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Baer, M. Berggren, K. Fujii, J. List, S. Lehtinen, T. Tanabe, J. Yan
  • 雑誌名: Physical Review D (To be published) 巻: 2019 ページ: 1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Probing the dark sector via searches for invisible decays of the Higgs boson at the ILC (2020)
  • 著者名/発表者名: Yu Kato
  • 雑誌名: e-Print: 2002.12048 [hep-ex] (Contribution to: EPS-HEP2019) 巻: 2020 ページ: 1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimization study of scintillator shape of electromagnetic calorimeter for Higgs factories (2020)
  • 著者名/発表者名: Takanori Mogi, Tomohiko Tanabe, Wataru Ootani, Satoru Yamashita, Ryousuke Shirai
  • 雑誌名: e-Print: 2002.06415 [physics.ins-det] (Contribution to: LCWS 2019) 巻: 2020 ページ: 1
  • 査読あり
• [雑誌論文] The ILC as a natural SUSY discovery machine and precision microscope: from light higgsinos to tests of unification (2020)
  • 著者名/発表者名: Howard Baer, Mikael Berggren, Keisuke Fujii, Jenny List, Suvi-Leena Lehtinen
  • 雑誌名: Physical Review D (To be published) 巻: 2020 ページ: 1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Search for an Invisibly Decaying Z′ Boson at Belle II in e+e- -> μ+μ-(e+/-μ-/+) Plus Missing Energy Final States (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Ishikawa (Belle II Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review Letters 124 巻: 124 ページ: 14
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.141801
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Search for B+→μ+νμ and B+→μ+N with inclusive tagging (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Ishikawa (Belle Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D101 巻: 101 ページ: 032007
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.101.032007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Study of Position Sensitive Silicon Detector (PSD) for SiW-ECAL at ILC (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Uesugi, R. Mori, H. Yamashiro, T. Suehara, T. Yoshioka
  • 雑誌名: JINST (To be published) 巻: 2020 ページ: 1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light fermionic WIMP dark matter with light scalar mediator (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Shigeki、Tsai Yue-Lin Sming、Tseng Po-Yan
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 70 巻: 2019 ページ: 50
  • DOI: 10.1007/JHEP07(2019)050
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Unification of the standard model and dark matter sectors in [SU(5) × U(1)]4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kamada Ayuki、Yamada Masaki、Yanagida Tsutomu T.
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 07 巻: 2019 ページ: 180
  • DOI: 10.1007/JHEP07(2019)180
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Unification for the Darkly Charged Dark Matter (2019)
  • 著者名/発表者名: Ayuki Kamada, Masaki Yamada, Tsutomu T. Yanagida
  • 雑誌名: e-Print: 1908.00207 [hep-ph] 巻: 2019 ページ: 1
  • 国際共著
• [雑誌論文] Tests of the Standard Model at the International Linear Collider (2019)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Fujii, et. al. (LCC Physics Working Group)
  • 雑誌名: e-Print: 1908.11299 [hep-ex] 巻: 2019 ページ: 1
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Testing the 2HDM explanation of the muon g-2 anomaly at the LHC (2019)
  • 著者名/発表者名: Iguro Syuhei、Omura Yuji、Takeuchi Michihisa
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 11 巻: 2019 ページ: 130
  • DOI: 10.1007/JHEP11(2019)130
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Charged Lepton Flavor Violation Searches by Lepton-Nucleus Scattering, μN(eN) → τX (2019)
  • 著者名/発表者名: Uesaka Yuichi、Takeuchi Michihisa、Yamanaka Masato
  • 雑誌名: JPS Conference Proceeding 巻: 26 ページ: 021021
  • DOI: 10.7566/JPSCP.26.021021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Dark matter detection at future lepton colliders (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本 重貴
  • 学会等名: School for future lepton colliders
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ILC計画の現状と展望 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田辺友彦
  • 学会等名: 2020年 物理学会 第75回年次大会（名古屋大学）
  • 招待講演
• [学会発表] WIMP DM phenomenology and ILC (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 重貴
  • 学会等名: LCWS2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Who Oders the Dark Matter? (2019)
  • 著者名/発表者名: 柳田 勉
  • 学会等名: The 2019 International Workshop on Baryon and Lepton Number Violation (*BLV201*）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Improving jet energy reconstruction for ILC Higgs precision measurement with kinematic fits (2019)
  • 著者名/発表者名: Shogo Kajiwara, Yu Kato, Tomohiko Tanabe, Satoru Yamashita
  • 学会等名: LCWS2019
  • 国際学会
• [学会発表] Optimization study of scintillator shape of electromagnetic calorimeter for Higgs factories (2019)
  • 著者名/発表者名: Takanori Mogi, Tomohiko Tanabe, Wataru Ootani, Satoru Yamashita, Ryousuke Shirai, Tohru Takeshita, Yazhou Niu, Jianbei Liu
  • 学会等名: LCWS2019
  • 国際学会
• [学会発表] SUSY at Colliders (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹内 道久
  • 学会等名: SUSY2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Muon g-2 in 2HDMs (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹内 道久
  • 学会等名: J-Park symposium 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Heavy Flavors at Belle II (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川 明正
  • 学会等名: DIS 2019 (The XXVII International Workshop on Deep Inelastic Scattering and Related Subjects 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Search for invisible decays of the Higgs boson at the ILC (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川 明正
  • 学会等名: Lepton Photon 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Technologies in ILC detectors (2019)
  • 著者名/発表者名: 末原 大幹
  • 学会等名: KAIST-KAIX Workshop for Future Particle Accelerators
  • 招待講演
• [学会発表] SiW ECAL (2019)
  • 著者名/発表者名: 末原 大幹
  • 学会等名: TYL/FJPPL/FKPPL workshop
  • 招待講演