宇宙・素粒子・物性・原子物理での自発的対称性の破れ

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26400241
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 村山 斉 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (20222341)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 素粒子物理 / 原子・分子物理 / 宇宙物理 / 数理物理 / 物性物理

研究実績の概要

素粒子・宇宙物理分野では、プリンストン高等研究所のポスドクAnson Hookと共同で、新たな模型を発見した。LHCでの制限と、宇宙論におけるグラビティーへの制限が矛盾することがわかり、これを解決するため、超対称性の破れがU(1)ゲージ対称性のD-termと呼ばれる項を通じて超対称性粒子の質量を生む機構である。これによりスピン0の超対称性粒子は数十TeVと重くなり、ヒッグス粒子が予想よりも重かったことを自然に説明する。一方スピン1/2の超対称性粒子はTeV程度であり、今年からのLHC Run2で発見される可能性を残す。同時にグラビティーノは非常に軽く宇宙論の制限を満たすことが同時にできる。粒子の質量の間の関係が既存の模型と異なるので、発見されれば模型を区別できる。これを「ベクトル・メディエーション」と呼んだ。また、ヒッグス粒子の精密測定を理論と比較できるようにするための枠組みを有効理論を使って具体的に提案した。
一方原子核、物性、原子、天体物理学の関係では、非相対論的な非可換ゲージ理論が自発的に破れた際のヒッグス機構を一般的に考察した。ゴールドストーン粒子がType-Bである場合は、破れた対称性の数よりもゴルードストーン粒子が少ないため、ヒッグス機構に矛盾があることがわかるが、ゲージ場自身が凝縮することにより、足りないゴールドストーン粒子をゲージ場自身が生み出し、無矛盾な基底状態がることを発見した。この時ゲージ場の凝縮から、回転対称性が必然的に破れ、これに対応する新たなゴールドストーン粒子が出ることも興味深い。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

既に素粒子・宇宙物理学の面では応用について既に論文を発表して予定を先行しているが、原子核、物性、原子、天体物理学の分野では、時空の対称性を含む場合についての考察が若干遅れている。

今後の研究の推進方策

申請時の予定通り、応用例に取り組み始める。

次年度使用額が生じた理由

国内研究会発表を計画したものの、予定外の事情が生じ出張がキャンセルとなり繰越が生じた。

次年度使用額の使用計画

引続き今年度に国内学会発表を予定する。

研究成果

• [雑誌論文] Low-energy Supersymmetry Breaking Without the Gravitino Problem (2015)
  • 著者名/発表者名: Anson Hook, Hitoshi Murayama
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: - ページ: -
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] How to use the Standard Model effective field theory (2015)
  • 著者名/発表者名: Brian Henning, Xiaochuan Lu, Hitoshi Murayama
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: - ページ: -
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The SIMPlest Miracle (2015)
  • 著者名/発表者名: Yonit Hochberg , Eric Kuflik , Hitoshi Murayama , Tomer Volansky , Jay G. Wacker
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: - ページ: -
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Eigenvalue Distribution of Large N Random Matrix--- A Direct Diagrammatic Proof to Marchenko-Pastur Law --- (2015)
  • 著者名/発表者名: Xiaochuan Lu, Hitoshi Murayama
  • 雑誌名: Communications for Mathematics and Physics 巻: - ページ: -
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A keV String Axion from High Scale Supersymmetry (2015)
  • 著者名/発表者名: Brian Henning, John Kehayias, Hitoshi Murayama, David Pinner, Tsutomu T. Yanagida
  • 雑誌名: Phys.Rev. 巻: D91 ページ: 11
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.91.045036
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Review of Particle Physics (2014)
  • 著者名/発表者名: Particle Data Group Collaboration
  • 雑誌名: Chin.Phys. 巻: C38 ページ: 1676
  • DOI: 10.1088/1674-1137/38/9/090001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A compact ultra-clean system for deploying radioactive sources inside the KamLAND detector (2014)
  • 著者名/発表者名: T.I. Banks, S.J. Freedman, J. Wallig, N. Ybarrolaza, A. Gando, Y. Gando , H. Ikeda, K. Inoue, Y. Kishimoto, M. Koga et al.
  • 雑誌名: Nucl.Instrum.Meth. 巻: A769 ページ: 8
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.09.068
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spontaneously broken non-Abelian gauge symmetries in nonrelativistic systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Haruki Watanabe, Hitoshi Murayama
  • 雑誌名: Phys.Rev. 巻: D90 ページ: 6
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.90.121703
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Neutrino Mass Anarchy and the Universe (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiaochuan Lu, Hitoshi Murayama
  • 雑誌名: JHEP 巻: 1408 ページ: 23
  • DOI: 10.1007/JHEP08(2014)101
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sneutrino Chaotic Inflation and Landscape (2014)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Murayama, Kazunori Nakayama, Fuminobu Takahashi, Tsutomu T. Yanagida
  • 雑誌名: Phys.Lett. 巻: B738 ページ: 4
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2014.09.045
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Life after Higgs: new SUSY breaking and new dark matter (2015)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: Key Aspects in Exploring Road to Unification
  • 発表場所: Kavli IPMU, 千葉
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-26
  • 招待講演
• [学会発表] 素粒子で解き明かす宇宙の歴史 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: Higgs as a Probe of New Physics 2015 (HPNP2015)
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2015-02-11 – 2015-02-15
  • 招待講演
• [学会発表] ILC (2015)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: Exploring the Physics Frontier with Circular Colliders
  • 発表場所: Aspen Center For Physics, Colorado, USA
  • 年月日: 2015-01-26 – 2015-02-01
  • 招待講演
• [学会発表] Power of Precision Higgs Measurements on Hierarchy Problem and Baryogenesis (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: HEFT2014 - Higgs Effective Field Theories
  • 発表場所: Instituto de Fisica Teorica, Madrid, Spein
  • 年月日: 2014-09-28 – 2014-09-30
  • 招待講演
• [学会発表] Higgs and Goldstone bosons with and without Lorentz invariance (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: Higgs Modes in Condensed Matter and Quantum Gases
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所
  • 年月日: 2014-06-23 – 2014-06-25
  • 招待講演
• [学会発表] Particle and Nuclear Physics (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: the 2nd International Symposium on Science at J-PARC (J-PARC 2014)
  • 発表場所: EPOCHAL TSUKUBA、茨城県
  • 年月日: 2014-06-12 – 2014-06-15
  • 招待講演
• [学会発表] The Quantum Universe (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: The Fermilab Annual Users Meeting
  • 発表場所: Fermilb, Illinois,USA
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-12
  • 招待講演
• [学会発表] What’s wrong with Goldstone? (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: Low Energy Challenges for High Energy Physicists
  • 発表場所: Perimeter Institute, Ontario, Canada
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-30
  • 招待講演
• [学会発表] What’s wrong with Goldstone? (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: 大阪大学物理学専攻セミナー
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-05-22 – 2014-05-22
  • 招待講演
• [学会発表] 磁石からヒッグス粒子まで (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: 南部コロキウム
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-05-22 – 2014-05-22
  • 招待講演
• [学会発表] Generalized Goldstone theorem (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: String Duality Seminar
  • 発表場所: Harvard University, Massachusetts, USA
  • 年月日: 2014-05-08 – 2014-05-08
  • 招待講演
• [学会発表] The Quantum Universe (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 学会等名: The Rosseland Lecture 2014
  • 発表場所: the University of Oslo, Oslo, Norway
  • 年月日: 2014-05-06 – 2014-05-06
  • 招待講演
• [図書] 宇宙を創る実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山斉
  • 総ページ数: 253
  • 出版者: 集英社新書
• [備考] 村山斉
  • URL: http://www.ipmu.jp/ja/hitoshi-murayama
• [備考] Hitoshi Muraya
  • URL: http://physics.berkeley.edu/people/faculty/hitoshi-murayama