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2020 年度 実施状況報告書

軽いゲージ粒子をとおして探るニュートリノ質量と暗黒物質の起源

研究課題

研究課題/領域番号 18K03651
研究機関宮崎大学

研究代表者

下村 崇  宮崎大学, 教育学部, 准教授 (00447278)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード軽いゲージ粒子 / ニュートリノ質量と混合 / ダークマター
研究実績の概要

GeV以下の質量を持つ軽いゲージ粒子の理論的可能性と実験的検証可能性を研究した。

Atomki実験により報告されたBe原子核の内部転換崩壊の異常を、U(1)R対称性を持つ模型で説明し得る事を示した。この模型では電子-ニュートリノ散乱による重要な制限が右手型粒子のみが反応する対称性である程度抑制され、さらにヒッグス粒子のゲージチャージを適切に取る事で十分に抑制できる事を明らかにした。
また、U(1)R及びU(1)B-L対称性を持つ模型で、右手型ニュートリノが左手型ニュートリノとゲージ粒子に崩壊する時、暗黒物質の候補となり得る事を明らかにした。またその様なニュートリノが暗黒物質の直接探索実験でニュートリノの反応を見る事で探索できる事を示した。

来年度から始まるFASER実験において、暗黒光子の質量の起源となるスカラーを考慮に入れた解析を行った。スカラーが数GeV以下の場合にはスカラーから生成される暗黒光子の寄与により、中間子から直接生成される場合よりも広い領域を探索できる事を示した。またミュー粒子の異常磁気能率のずれを説明し得るLmu-Ltau模型を検証する目的で、ニュートリノ三重生成過程の分布を解析した。この研究により新たなゲージ粒子と結合定数に対してミュー粒子のエネルギーと不変質量の分布が感度がある事を明らかにした。一方で、もう少し質量の重い領域をLHC実験でどこまで探索できるかも調べた。ゲージ粒子が質量の起源となるスカラー粒子の崩壊によって作られる場合、数10GeV程度まで探索できる可能性がある事を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新型コロナウイルス感染拡大の影響によりオンライン授業の準備が必要となり、その他にも学内業務が増加した事により研究時間を十分に確保できなかった。また、共同研究者との対面で研究打ち合わせが困難になった事により、研究が予定よりも進まなかった。以上の理由によりやや遅れている。

今後の研究の推進方策

来年度に実験が開始されるFASER実験での新物理の発見可能性を進める。まずは暗黒光子を含む軽いゲージ粒子の検証可能性に注力して研究を行う。その中で、すでに研究してきたように質量の起源となるスカラーも考慮に入れた解析を行う。また、ニュートリノの質量起源も同時に考え、レプトンフレーバーの破れをFASER実験でどこまで検証できるかを明らかにする。同時に、暗黒物質の候補となる粒子も同様に軽い場合を考え、その発見可能性を調べていく。
これらが終われば軽いスカラー粒子に対して同様の解析を行う。余力があれば軽いフェルミオンやアキシオン粒子についても解析を行っていく。

次年度使用額が生じた理由

世界的な新型コロナウイルス感染拡大の影響により、予定していた研究会が開催できなかった。また、国内外の研究会や会議、共同研究者との研究打ち合わせを現地で行う事ができなかったため、その分の旅費を翌年度に繰り越す事となった。

繰り越し分は今年度の後半に予定している研究打ち合わせの出張に当てる予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] KIAS(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      KIAS
  • [雑誌論文] Dark photon from light scalar boson decays at FASER2021

    • 著者名/発表者名
      Araki T.、Asai K.、Otono H.、Shimomura T.、Takubo Y.
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2021 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1007/JHEP03(2021)072

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Kinematical distributions of coherent neutrino trident production in gauged Lμ?Lτ model2021

    • 著者名/発表者名
      Shimomura Takashi、Uesaka Yuichi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 103 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.103.035022

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Type II seesaw models with modular A4 symmetry2020

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Tatsuo、Nomura Takaaki、Shimomura Takashi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 ページ: 1-19

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.102.035019

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Signal from sterile neutrino dark matter in extra U(1) model at direct detection experiment2020

    • 著者名/発表者名
      Seto Osamu、Shimomura Takashi
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 811 ページ: 135880~135880

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2020.135880

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Lepton flavor violations from soft SUSY breaking terms in modular flavor models2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimomura
    • 学会等名
      KEK-PH Flavor workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dark Photon from Light Scalar Boson Decays at FASER2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimomura
    • 学会等名
      Higgs as a Probe of New Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Signal from sterile neutrino dark matter in extra U(1) model at direct detection experiment2021

    • 著者名/発表者名
      下村崇
    • 学会等名
      日本物理学会2021年 年次大会 素粒子論領域
  • [学会発表] FASER実験による軽いスカラーの崩壊由来のダークフォトン探索2021

    • 著者名/発表者名
      荒木威
    • 学会等名
      日本物理学会2021年 年次大会 素粒子論領域
  • [学会発表] FASER実験におけるレプトン・フレーバー非保存過程の探索2021

    • 著者名/発表者名
      浅井健人
    • 学会等名
      日本物理学会2021年 年次大会 素粒子論領域
  • [学会発表] Dark Photon from Light Scalar Boson Decays at FASER2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimomura
    • 学会等名
      Forward Physics Facility, kick off meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Overview of C022020

    • 著者名/発表者名
      下村崇
    • 学会等名
      新学術「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」成果報告研究会

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公開日: 2021-12-27  

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