2021 年度研究成果報告書

背景ニュートリノのレプトン数と宇宙の粒子数生成機構

研究課題

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研究課題/領域番号	17K05418
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
研究分野	素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関	広島大学
研究代表者	両角卓也広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (20253049)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2022-03-31
キーワード	マヨラナニュートリノ / レプトン数 / 宇宙背景ニュートリノ
研究成果の概要	ニュートリノは素粒子の中でも観測が難しくその性質の解明が重要な課題になっている。特に宇宙初期には高温のニュートリノが熱平衡で存在したと考えられ宇宙膨張によって現在の宇宙にも存在していると考えられている。このニュ-トリノは宇宙背景ニュートリノと呼ばれ温度が２K程度という低い温度を持っていると予想されている。本研究では相対論的な場合から非相対論的な場合まで有効なニュ-トリノの担うレプトン数の時間変化の式を導いた。特にニュ-トリノがマヨラナ粒子の場合は、ディラック粒子の場合とは異なりニュートリノの運動エネルギーがその静止質量より小さいとき、レプトン数の期待値は正負に振動することを明らかにした。
自由記述の分野	素粒子論
研究成果の学術的意義や社会的意義	宇宙背景ニュートリノは中間子やミューオン等の崩壊で作られるニュートリノと異なり、その運動エネルギーが極めて小さい。本研究ではニュートリノの静止エネルギー（質量）より運動エネルギーが小さいニュートリノに焦点をあて、その性質を場の量子論の枠組みで明らかにした。マヨラナニュートリノの場合、レプトン数の時間変化はニュートリノの絶対質量やマヨラナニュートリノに特徴的なマヨラナ位相と呼ばれるCP対称性の破れに依存する。これらのまだ測定されていない物理量の測定や極めて低い温度をもって宇宙に存在しているとされる宇宙背景ニュートリノの観測に必要なニュートリノの性質を明らかにした。