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2017 年度 実績報告書

LHCの結果から探るプランクスケールの物理

研究課題

研究課題/領域番号 16J06151
研究機関大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構

研究代表者

濱田 雄太  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, 特別研究員(SPD)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
キーワード量子重力 / ニュートリノ / soft theorem / アクシオン
研究実績の概要

超弦理論の低エネルギー有効理論として, どのようなクラスの模型が構築可能で, どのようなクラスの模型が構築不可能であるかを同定する研究が盛んである。重力がU(1) gauge群の力よりも弱いとするWeak gravity conjectureが提案されている。conjectureの帰結として, いくつかの仮定のもとに, 超弦理論のランドスケープの中で安定な超対称性を持たないAdS真空は存在しないことが分かる。私は素粒子標準模型がこのconjectureと矛盾するかどうかを詳しく調べた。
重力とU(1)理論の赤外構造に注目が集まっている。soft theorem, 漸近対称性, メモリー効果の間の関係が重力とU(1)理論だけでなく, カイラル対称性が自発的に破れたパイオンの理論にも存在することを示した。特に, 新しくパイオンのメモリー効果を提案した。さらに、無限遠でgauge parameterがdampしないlarge gauge transformationとsoft theoremが対応していることを示した。具体的には, large gauge transformationのWard-Takahashi恒等式としてsoft theoremが得られることを示した。
scalar暗黒物質を仮定し, ヒッグスインフレーションが起こると仮定した時に, テンソルゆらぎの値に対する下限値を求めた。暗黒物質の直接探索実験とtensorゆらぎ観測実験を合わせて, 我々の模型を検証することができる。
アクシオンと中性子星の衝突がfast radio burstの起源となっている可能性、将来のradio wave観測器でのアクシオンの検証可能性を検討した。結果, fast radio burstの起源となるためには信号が弱すぎること, しかし, 将来の観測で検証できる可能性があることを示した。

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

本年度はプランクスケールの物理と低エネルギー物理との関係性について包 括的に調べ上げた。特に、論文として発表した成果(の一部)は以下の通りである。
我々の世界を記述する素粒子標準模型がこのconjectureと矛盾するかどうかを詳しく調べ た。結果、準安定なAdS真空は存在するものの、安定なものは存在せず、標準模型はWeak gravity conjectureとは矛盾しないことが分かった。一方で、Multiple point principleを適用す るとニュートリノの質量パラメータと質量タイプを予言することができることを示した。
soft theorem, 漸近対称性, メモリー効果の間の関係が重力とU(1)理論だけでなく, カイラル 対称性が自発的に破れたパイオンの理論にも存在することを示した。特に、新しくパイオン のメモリー効果を提案した。対応する対称性はアクシオンのダイポール成分の各々の角度で の保存チャージで生成される対称性である。
無限遠でgauge parameterがdampしないlarge gauge transformationとsoft theoremがsoft 運動量のall orderで対応していることを示した。具体的には、large gauge transformationの Ward-Takahashi恒等式としてsoft theoremが得られることを示した。
以上のように``LHCの結果から探るプランクスケールの物理”という研究課題に基づき、高エネルギーの物理と低エネルギーの物理の関係に様々な角度から迫ることができたと考えている。

今後の研究の推進方策

次年度も引き続き重力理論と素粒子物理との関係を調べる予定である。
具体的にはde Sitter時空の構成とswampland予想の関係を調べる。近年、超弦理論でのKKLTによるde Sitter真空の構成がanti-braneのバックリアクションまで考えるとうまくいかないことが指摘されている。超弦理論がde Sitter真空を持つかどうかは現在の宇宙の加速膨張を説明できるか、あるいは宇宙の状態方程式が宇宙項によるものとは違うことを予言するかの重要な問題であり、さらなる理解が必要である。
アクシオンによる非自明な古典解の安定性を調べる。特に球対称でない場合はあまり調べられておらず、準安定な解を持つかどうかは重要な問題である、もし、安定な解を持つ場合は重力波を放出する可能性があり、将来観測とも関わってき得る。
インフレーション宇宙におけるsoft theoremを調べる。昨年、我々が発見したフラット時空でのsoft theoremを膨張宇宙に適用すれば新たなsoft theoremが導出できる可能性が有る。
宇宙の再加熱期におけるバリオン数生成のシナリオの詳細を調べる。生成されるバリオン数を密度行列を用いた計算方法により精密に計算し、現在のバリオン数を説明するためのパラメータ領域を同定する。ニュートリノ振動やニュートリノレスダブルベータ崩壊といった実験との関係性も議論する。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 6件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] ウィスコンシン大学マディソン校(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ウィスコンシン大学マディソン校
  • [国際共同研究] 忠南大学校(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      忠南大学校
  • [国際共同研究] ハイデルベルグ大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ハイデルベルグ大学
  • [国際共同研究] Institute of High Energy Physics(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Institute of High Energy Physics
  • [雑誌論文] Detecting axion stars with radio telescopes2018

    • 著者名/発表者名
      Yang Bai, Yuta Hamada
    • 雑誌名

      Phys.Lett. B

      巻: 781 ページ: 187194

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2018.03.070

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Electromagnetic duality and the electric memory effect2018

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yuta、Seo Min-Seok、Shiu Gary
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2018 ページ: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/JHEP02(2018)046

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Meaning of the field dependence of the renormalization scale in Higgs inflation2017

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yuta、Kawai Hikaru、Nakanishi Yukari、Oda Kin-ya
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 95 ページ: 1-11

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevD.95.103524

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Soft pion theorem, asymptotic symmetry and new memory effect2017

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yuta、Sugishita Sotaro
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2017 ページ: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/JHEP11(2017)203

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Weak gravity conjecture, multiple point principle and the standard model landscape2017

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yuta、Shiu Gary
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2017 ページ: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/JHEP11(2017)043

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Memory in de Sitter space and Bondi-Metzner-Sachs-like supertranslations2017

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yuta、Seo Min-Seok、Shiu Gary
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 96 ページ: 1-10

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevD.96.023509

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Large gauge transformations and little group for soft photons2017

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yuta、Seo Min-Seok、Shiu Gary
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 96 ページ: 1-5

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevD.96.105013

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Asymptotic safety of higher derivative quantum gravity non-minimally coupled with a matter system2017

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yuta、Yamada Masatoshi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2017 ページ: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/JHEP08(2017)070

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Reheating era leptogenesis in models with a seesaw mechanism2017

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yuta、Tsumura Koji、Yasuhara Daiki
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 95 ページ: 1-14

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevD.95.103505

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Baryogenesis in false vacuum2017

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yuta、Yamada Masatoshi
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 77 ページ: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-017-5215-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Weak Gravity Conjecture, Multiple Point Principle and the Standard Model Landscape2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Hamada
    • 学会等名
      Focus Week on Quantum Gravity and Holography
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Asymptotic safety2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Hamada
    • 学会等名
      Sugawara Symposium on Fundamental Problems in Theoretical Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Weak Gravity Conjecture, Multiple Point Principle and the Standard Model Landscape2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Hamada
    • 学会等名
      KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-05-30  

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