Study of vacuum structure based on the classification of dark matter models

本研究課題では、宇宙の真空構造と暗黒物質(DM)の解明を目的としている。DMの候補としては、他の素粒子と(未知の)弱い相互作用を通して熱的に生成されるDMを考えている。この研究期間中では、DMとレプトンが湯川相互作用をする模型(レプトンポータルDM模型)に着目し、ボトムアップ的に具体的な模型を構築してDMの物理的性質に基づいて模型の分類分けをおこなっている。その上で、それぞれの模型の実験バウンドと将来実験での検証方法を研究している。特に今年度は、論文Phys.Rev.D106(2022)1,015005 (論文1)、JHEP03(2023)010(論文2)において、最新の実験結果に基づいた研究を行い、論文1ではフレーバー実験とコライダー実験で報告されている「標準模型の予言からのずれ」の背後にレプトンポータルDM模型が存在する可能性を提案し、実験でのDMの検証可能性を研究した。また、近年のDM直接探索実験の目覚しい成果により、本研究で注目するようなDMは非常に強い実験バウンドを受けている。論文2では、その強いバウンドから逃れられる、DMの質量が非常に軽いレプトンポータルDM模型を構築して検証方法の研究を行い、研究成果を研究会で発表した。その他にも、余分にヒッグス場がある模型や標準模型のゲージ対称性が拡張された模型(Pati-Salam 模型)でフレーバー物理とコライダー物理を解析し、我々の真空構造の解明に向けた現象論的研究を進めた。今後、これらの研究を踏まえて真空構造とDMの関係を調べていく。

本研究課題では、宇宙の真空構造と暗黒物質(DM)の解明を目的としている。DMの候補としては、他の素粒子と(未知の)弱い相互作用を通して熱的に生成されるDMを考えている。この研究期間中では、DMとレプトンが湯川相互作用をする模型(レプトンポータルDM模型)に着目し、ボトムアップ的に具体的な模型を構築してDMの物理的性質に基づいて模型の分類分けをおこなっている。その上で、それぞれの模型の実験バウンドと将来実験での検証方法を研究している。特に今年度は、論文Phys.Rev.D106(2022)1,015005 (論文1)、JHEP03(2023)010(論文2)において、最新の実験結果に基づいた研究を行い、論文1ではフレーバー実験とコライダー実験で報告されている「標準模型の予言からのずれ」の背後にレプトンポータルDM模型が存在する可能性を提案し、実験でのDMの検証可能性を研究した。また、近年のDM直接探索実験の目覚しい成果により、本研究で注目するようなDMは非常に強い実験バウンドを受けている。論文2では、その強いバウンドから逃れられる、DMの質量が非常に軽いレプトンポータルDM模型を構築して検証方法の研究を行い、研究成果を研究会で発表した。その他にも、余分にヒッグス場がある模型や標準模型のゲージ対称性が拡張された模型(Pati-Salam 模型)でフレーバー物理とコライダー物理を解析し、我々の真空構造の解明に向けた現象論的研究を進めた。今後、これらの研究を踏まえて真空構造とDMの関係を調べていく。