暗黒物質から探る標準模型を超えた新物理

本研究では、ニュートリノ質量起源の問題を解決する理論として、標準模型に右巻きニュートリノを導入した模型における暗黒物質の実験検証について研究を進めている。今年度は、右巻きニュートリノが暗黒物質となるシナリオを検討し、この暗黒物質を直接検証法により探索可能か研究を進めた。特に、我々の天の川銀河に束縛されている暗黒物質が実験室内の物質と衝突した際、物質（原子核や電子）が得る反跳エネルギーをシグナルにした探索法を検討した。右巻きニュートリノ暗黒物質の質量が１０ keV 程度と軽いため、十分な大きさの反跳エネルギーを得るためには、原子中の原子核より束縛電子との散乱に着目する方が良い。そこで、暗黒物質反応による電子反跳エネルギーのスペクトルを求めることにした。準備研究として、入射粒子として右巻きニュートリノではなく、通常の左巻きニュートリノの場合を検討した。Roothaan-Hartree-Fock近似に基づく原子中の電子分布を考慮して、電子型左巻きニュートリノとHe, Ne, Xe原子との散乱による反跳エネルギーのスペクトルを求めた。入射エネルギーが低く、標的原子の原子番号が大きくなると束縛の効果による自由電子と比較して散乱断面積が小さくなることがわかった。得られた反跳エネルギーのスペクトルは、暗黒物質の信号の背景事象となるため、貴重な成果となった。上記の準備のもと、現在右巻きニュートリノ暗黒物質による反跳エネルギーのスペクトル、およびシグナル強度の評価を進めている。

本研究では、ニュートリノ質量起源の問題を解決する理論として、標準模型に右巻きニュートリノを導入した模型における暗黒物質の実験検証について研究を進めている。今年度は、右巻きニュートリノが暗黒物質となるシナリオを検討し、この暗黒物質を直接検証法により探索可能か研究を進めた。特に、我々の天の川銀河に束縛されている暗黒物質が実験室内の物質と衝突した際、物質（原子核や電子）が得る反跳エネルギーをシグナルにした探索法を検討した。右巻きニュートリノ暗黒物質の質量が１０ keV 程度と軽いため、十分な大きさの反跳エネルギーを得るためには、原子中の原子核より束縛電子との散乱に着目する方が良い。そこで、暗黒物質反応による電子反跳エネルギーのスペクトルを求めることにした。準備研究として、入射粒子として右巻きニュートリノではなく、通常の左巻きニュートリノの場合を検討した。Roothaan-Hartree-Fock近似に基づく原子中の電子分布を考慮して、電子型左巻きニュートリノとHe, Ne, Xe原子との散乱による反跳エネルギーのスペクトルを求めた。入射エネルギーが低く、標的原子の原子番号が大きくなると束縛の効果による自由電子と比較して散乱断面積が小さくなることがわかった。得られた反跳エネルギーのスペクトルは、暗黒物質の信号の背景事象となるため、貴重な成果となった。上記の準備のもと、現在右巻きニュートリノ暗黒物質による反跳エネルギーのスペクトル、およびシグナル強度の評価を進めている。