宇宙線およびLHC実験にもとづく標準模型を越えた物理の研究

今年度私は、暗黒物質と核子の弾性散乱過程の散乱断面積の理論的計算を行った。現在の宇宙では暗黒物質の存在が観測的に立証されている。この事実は現在の素粒子標準模型では説明することができない。この暗黒物質の正体にせまるため、現在地上では暗黒物質直接探査の実験が行われ、近年その実験結果が公開されている。こうした実験結果をもとに暗黒物質の正体に迫るには、標準模型を越える素粒子模型の枠組みにおける理論的な暗黒物質-核子散乱断面積の評価が不可欠である。そのために我々は、これまで以上に高い理論精度で暗黒物質-核子散乱断面積を計算する系統的な手法を確立した。これにより、これまで正しく評価できていなかった高次量子補正による散乱断面積の寄与を正しく評価する事が可能となった。特に、グルーオンと暗黒物質の散乱による寄与に着目し、正確な評価を与えた。具体的には、標準模型を越える素粒子模型として超対称模型を考えた。超対称模型では最も軽い超対称粒子が暗黒物質の候補となる。我々は特に、この最も軽い超対称粒子がビーノ、及び中性ウィーノ(それぞれU(1)及びSU(2)ゲージボソンの超対称パートナー粒子)である場合を考えた。その結果、まずビーノが暗黒物質となるシナリオにおいては、暗黒物質-核子散乱断面積について、従来の計算結果と比べて数10%の違いをもたらす事が明らかになった。また、ウィーノが暗黒物質となるシナリオの場合では、高次量子補正からくるグルーオンと暗黒物質の散乱による寄与が、非量子補正(いわゆるツリーレベルダイアグラム)からの寄与と同等になりうることを証明し、その結果偶発的に他の寄与との打ち消し合いが起こり、暗黒物質-核子散乱断面積が大きく抑制され、従来の計算結果と比べて約2桁程度断面積が小さくなる事を明らかにした。

今年度私は、暗黒物質と核子の弾性散乱過程の散乱断面積の理論的計算を行った。現在の宇宙では暗黒物質の存在が観測的に立証されている。この事実は現在の素粒子標準模型では説明することができない。この暗黒物質の正体にせまるため、現在地上では暗黒物質直接探査の実験が行われ、近年その実験結果が公開されている。こうした実験結果をもとに暗黒物質の正体に迫るには、標準模型を越える素粒子模型の枠組みにおける理論的な暗黒物質-核子散乱断面積の評価が不可欠である。そのために我々は、これまで以上に高い理論精度で暗黒物質-核子散乱断面積を計算する系統的な手法を確立した。これにより、これまで正しく評価できていなかった高次量子補正による散乱断面積の寄与を正しく評価する事が可能となった。特に、グルーオンと暗黒物質の散乱による寄与に着目し、正確な評価を与えた。具体的には、標準模型を越える素粒子模型として超対称模型を考えた。超対称模型では最も軽い超対称粒子が暗黒物質の候補となる。我々は特に、この最も軽い超対称粒子がビーノ、及び中性ウィーノ(それぞれU(1)及びSU(2)ゲージボソンの超対称パートナー粒子)である場合を考えた。その結果、まずビーノが暗黒物質となるシナリオにおいては、暗黒物質-核子散乱断面積について、従来の計算結果と比べて数10%の違いをもたらす事が明らかになった。また、ウィーノが暗黒物質となるシナリオの場合では、高次量子補正からくるグルーオンと暗黒物質の散乱による寄与が、非量子補正(いわゆるツリーレベルダイアグラム)からの寄与と同等になりうることを証明し、その結果偶発的に他の寄与との打ち消し合いが起こり、暗黒物質-核子散乱断面積が大きく抑制され、従来の計算結果と比べて約2桁程度断面積が小さくなる事を明らかにした。