2022 Fiscal Year Annual Research Report
新たなゲージ対称性に基づいた第五の力を持つ素粒子模型の探究
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21J20421
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中山 悠平 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / 超対称性 / 加速器実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は小さな質量差のある暗黒物質理論について研究を実施した. 暗黒物質の典型的な例として, 暗黒セクターの粒子そのものの質量は大きいが, 暗黒セクターの粒子間の質量の差はそれに比べて十分小さい系が挙げられる. このような粒子は質量差の小ささ故に寿命が長く, 加速器実験においてシグナルをもたらす可能性があり, 暗黒物質探索では重要な対象である. 我々の研究では, そのような系のベンチマーク模型として, 超対称理論に現れるWinoに着目してその崩壊を理論的に研究した.
Winoの崩壊率に対して電弱相互作用による1次の補正効果を安直に計算すると, (Wino の質量)/(Wino の質量差)という巨大な因子が現れ摂動論が破綻する. 研究の結果, この問題は電磁相互作用によるカイラル対称性の破れをカイラル摂動論に取り入れることで解決できることが分かった.
ただしカイラル摂動論は元々くりこみ不可能な理論である. すなわち, 物理量の計算に必要なパラメターの中に, 自分自身だけではその値を確定できないものが存在する. 今の場合でいうと, 電磁相互作用によるカイラル対称性の破れに対応する項の係数の値は, カイラル摂動論だけでは決定できない.
従って崩壊率の予言をするには電弱理論との接続が必要になる. これに伴って必要な計算を実施した結果, (Wino の質量)/(Wino の質量差)のような不合理な因子は全て相殺し, 最終結果には現れないことが確認された. 最終的に電弱相互作用の効果は1ループレベルではWinoの崩壊率に対して数%程度の寄与を与えることが分かった.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度までの研究では, 標準模型の対称性から完全に独立した新粒子の探究を行い, MeVスケールの宇宙論に関しては概ねサーベイが完了した. それを踏まえて, 今年度では対象を弱い相互作用を含む模型に拡張して研究を行なった. その結果, 暗黒物質とメソンの相互作用に関する理論的理解が進展しただけでなく, 加速器実験における暗黒物質発見可能性に与える影響を定量的に論じられるようになった. そのため研究はおおむね順調に進展していると言える.
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究では暗黒セクターの質量差が小さく抑えられている系を考えたが, 理論的な可能性としてはより大きい質量差を実現できる系も存在する. その場合より多様な崩壊モードを考慮する必要がある. そこで今後の方針としては, 質量差が比較的大きくなる暗黒セクター内の暗黒物質について, 特にメソンへの崩壊モードを詳細に解析する. 加えて, 加速器内での暗黒物質生成プロセスを様々に考慮し, 探索可能な範囲を広げる研究にも着手する予定である.
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