強結合ヒッグス模型の精密検証に向けた理論研究

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強結合理論では、結合定数による摂動展開が正当化されず、散乱振幅を計算する際に注意が必要となる。本研究では、適切な計算方法に基づき、強結合理論が予言する新物理現象を解析した。第一論文では、具体的な複合ヒッグス模型に着目し、この模型で予言されるCP対称性の破れを評価した。複合ヒッグス模型では、標準模型粒子と新複合粒子が混合し、その混合行列の複素成分からCPの破れを生み出す。本研究では、適切な有効理論の方法に基づき、そのCPの破れの度合いを数値評価した。その結果、複合ヒッグス模型では、ヒッグスポテンシャルとトップ湯川結合のCPの破れの大きさとの間に非自明な相関があることがわかった。続いて、新粒子の量子効果による「ノンデカップリング効果」を大きく予言する拡張ヒッグス模型を念頭に置き、それらの低エネルギー有効理論の定式化の研究、およびその現象論の研究を行った。特に、ヒッグス粒子の自己結合に現れるノンデカップリング効果に着目し、その効果を一般的に記述する有効演算子を提案した。さらにこの有効理論の真空の安定性や摂動論的ユニタリティを解析することにより、ヒッグス結合のずれと新物理スケールとの間に非自明な相関関係があることを示した。続く第三論文では、この有効理論に有限温度効果を取り入れ、電弱相転移と、そこから予言される重力波の解析を行った。その結果、ノンデカップリング効果が強い一次電弱相転移を実現するために重要であり、かつ将来の重力派干渉計で観測可能な重力波スペクトルを予言することが明らかとなった。また、そのようなパラメータ領域では同時に、大きなヒッグス自己結合のずれを予言し、将来加速器による検証の可能性も示した。このような発見は、これまで個々の新物理模型の解析を通じて指摘されていたが、今回、有効理論という、模型の詳細によらない一般的な立場からこのような知見を得ることができたことが新しい。