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2019 年度 実施状況報告書

ハドロンコライダーでの精密測定及びエキゾチックトラックを用いた暗黒物質探査

研究課題

研究課題/領域番号 18K13535
研究機関東京大学

研究代表者

白井 智  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (10784499)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード暗黒物質 / LHC
研究実績の概要

暗黒物質の正体の解明は現代物理学の最も重要なテーマである。暗黒物質の有力な候補として、電弱相互作用を行う安定粒子が知られている。このような粒子は素粒子標準模型を拡張する新物理において自然に導入されることが多く、暗黒物質の安定性やその存在量も電弱相互作用のために自然に説明できる。そのような暗黒物質の最も直接的な検証は加速器実験で暗黒物質を直接生成し、その性質を調べることである。
このような電弱相互作用を行う暗黒物質は現在の大型ハドロン衝突型加速器(LHC)で生成は行うことは可能であるが、その検出が極めて難しい。暗黒物質はその名の通り、光子との相互作用が極めて弱く、暗黒物質を直接検出器で捉えることは極めて困難であるためである。そのため、いかに暗黒物質シグナルをLHCで検出するかは喫緊の課題である。
前年度では暗黒物質のアイソスピンパートナーからの崩壊から生じる極めて低エネルギーの荷電ハドロンを捉えることで暗黒物質シグナルを効率よく検出することが可能であることを明らかにした。このような低エネルギーのハドロンシグナルは標準模型プロセスからのバックグランドが膨大で、シグナルとして捉えることは出来ないと考えられていたが、実験グループとの協力の下、シグナルとバックグランドの巧妙な分離方法を開発した。このシグナルを用いることで、今までのLHCでの探査方法では全く捉えることが出来なかった暗黒物質のパラメータ領域が探査可能になった。

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

前年度には、極低エネルギーのトラックを用いた暗黒物質の検出の新手法を提案した。この手法提案は本研究計画の大きな目標であったので、進捗状況は極めて順調だと考える。

今後の研究の推進方策

昨年度に行なった新手法の提案は実験サイドの方でも検証が始まっている。そのサポートのための理論実験合同の共同研究を進める。これに基づいて実データを用いた解析も行われると予定である。

次年度使用額が生じた理由

COVID-19の流行のため、予定されていた出張がキャンセルになった。次年度の旅費に使用する予定である。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 6件、 招待講演 7件)

  • [国際共同研究] Zhongshan University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Zhongshan University
  • [国際共同研究] IACS(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      IACS
  • [雑誌論文] Role of future lepton colliders for fermionic Z-portal dark matter models2020

    • 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 D

      巻: 101 ページ: 015007

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.015007

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cornering Higgsinos Using Soft Displaced Tracks2020

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Hajime、Nagata Natsumi、Oide Hideyuki、Otono Hidetoshi、Shirai Satoshi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 ページ: 101801

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.101801

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cosmological constraint on dark photon from Neff2020

    • 著者名/発表者名
      Ibe Masahiro、Kobayashi Shin、Nakayama Yuhei、Shirai Satoshi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2020 ページ: 009

    • DOI

      10.1007/JHEP04(2020)009

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Is the trans-Planckian censorship a swampland conjecture?2020

    • 著者名/発表者名
      Saito Ryo、Shirai Satoshi、Yamazaki Masahito
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 101 ページ: 046022

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.046022

  • [雑誌論文] How heavy can neutralino dark matter be?2019

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Hajime、Luo Feng、Shirai Satoshi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2019 ページ: 107

    • DOI

      10.1007/JHEP04(2019)107

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Novel GUT with apparently complete SU(5) multiplets2019

    • 著者名/発表者名
      Ibe Masahiro、Shirai Satoshi、Suzuki Motoo、Yanagida Tsutomu T.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 ページ: 055024

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.100.055024

    • 査読あり
  • [学会発表] Cornering Higgsino at the LHC2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Shirai
    • 学会等名
      LLP workshop 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Wino theory and future prospects2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Shirai
    • 学会等名
      Dark matter searches in the 2020s - At the crossroads of the WIMP
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cornering Higgsino at the LHC2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Shirai
    • 学会等名
      Asian-European-Institutes Workshop for BSM
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Collider Studies of Viable SUSY Dark Matter Models2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Shirai
    • 学会等名
      PACIFIC 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 暗黒物質理論2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Shirai
    • 学会等名
      ダークマターの懇談会2019
    • 招待講演
  • [学会発表] Long Lived Particles in Viable SUSY Dark Matter Models2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Shirai
    • 学会等名
      New Physics with Exotic and Long-Lived Particles: A Joint ICISE-CBPF Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Indirect Probe of Electroweak-Interacting Particles with Lepton Signatures at Hadron Colliders2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Shirai
    • 学会等名
      SUSY2019
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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