標準模型を越える素粒子模型が持つべき理論構造の研究

素粒子標準模型はTeV領域までの高エネルギー実験の結果をほとんど正しく説明できるが、この模型の枠組みでは説明できない問題も明らかになっており、標準模型を越える模型が要求されている。特に、ニュートリノ質量、暗黒物質の存在、宇宙のバリオン数非対称性およびインフレーションは、観測・実験結果に基づく問題であるため、標準模型を越える模型構築に向けた重要な手がかりとなる。そこで、本研究では、ニュートリノ質量と暗黒物質の存在を説明する拡張模型の一つであるMa模型に注目し、これをさらに拡張することで宇宙のバリオン数非対称性とインフレーションを説明する模型の構築に取り組んだ。ここでは、Ma模型の拡張として複素スカラー場を導入し、インフレーションを実現する模型を考えた。この模型は、複素スカラー場がニュートリノ質量生成にも重要な役割を果たすという点で興味深い。さらに、この模型ではインフラトンの崩壊による宇宙の再加熱時にレプトン数生成が起こりうる。ここで生成されたレプトン数は、散乱過程とスファレロン過程を経てバリオン数となる。このとき重要となるパラメーターはニュートリノ振動実験および暗黒物質探査実験によって制限される。そこで、これらの制限を満たすパラメーターを用い、バリオン数生成量を定量的に評価した。また、上で導入した複素スカラー場に代わって、重力と結合する実スカラー場によるインフレーションのシナリオについても考えた。このシナリオにおけるレプトン数生成には実スカラーを二つ導入する必要があるが、この場合、実スカラー場の散乱過程のユニタリティーがインフレーションのエネルギースケールに達する前に破れる可能性がある。この問題は重力と実スカラー場の結合定数を階層的にとることで回避することができるため、この制限の下でバリオン数生成量を評価し、実験・観測結果に矛盾なくバリオン数が生成されることを示した。

素粒子標準模型はTeV領域までの高エネルギー実験の結果をほとんど正しく説明できるが、この模型の枠組みでは説明できない問題も明らかになっており、標準模型を越える模型が要求されている。特に、ニュートリノ質量、暗黒物質の存在、宇宙のバリオン数非対称性およびインフレーションは、観測・実験結果に基づく問題であるため、標準模型を越える模型構築に向けた重要な手がかりとなる。そこで、本研究では、ニュートリノ質量と暗黒物質の存在を説明する拡張模型の一つであるMa模型に注目し、これをさらに拡張することで宇宙のバリオン数非対称性とインフレーションを説明する模型の構築に取り組んだ。ここでは、Ma模型の拡張として複素スカラー場を導入し、インフレーションを実現する模型を考えた。この模型は、複素スカラー場がニュートリノ質量生成にも重要な役割を果たすという点で興味深い。さらに、この模型ではインフラトンの崩壊による宇宙の再加熱時にレプトン数生成が起こりうる。ここで生成されたレプトン数は、散乱過程とスファレロン過程を経てバリオン数となる。このとき重要となるパラメーターはニュートリノ振動実験および暗黒物質探査実験によって制限される。そこで、これらの制限を満たすパラメーターを用い、バリオン数生成量を定量的に評価した。また、上で導入した複素スカラー場に代わって、重力と結合する実スカラー場によるインフレーションのシナリオについても考えた。このシナリオにおけるレプトン数生成には実スカラーを二つ導入する必要があるが、この場合、実スカラー場の散乱過程のユニタリティーがインフレーションのエネルギースケールに達する前に破れる可能性がある。この問題は重力と実スカラー場の結合定数を階層的にとることで回避することができるため、この制限の下でバリオン数生成量を評価し、実験・観測結果に矛盾なくバリオン数が生成されることを示した。