電弱バリオン数生成検証のための理論的研究

本研究は宇宙のバリオン数非対称性に着目し、この現象を説明しうる機構の一つである電弱バリオン数生成シナリオの検証可能性を調べていく。電弱バリオン数生成は電弱相転移期にバリオン数を生成する機構であり、ヒッグスの物理と密接に関係している。2012年に発見されたヒッグスの質量では電弱相転移がクロスオーバーになるため、素粒子標準模型の枠組みではこのシナリオが成立しない。そのため次の候補は拡張ヒッグス模型であり、本研究ではヒッグス二重項模型における電弱バリオン数生成シナリオの可能性を議論したことが今年度の研究実績の一つとして挙げられる。先行研究より、ヒッグス二重項模型ではミュー粒子の異常磁気モーメント、そしてヒッグス粒子からミューとタウ粒子への崩壊におけるアノマリーが説明できることが知られている。解析の結果、これらのアノマリーに加えて現在のバリオン数を説明できるパラメータ領域は限られた領域で存在し、電子の電気双極子モーメントの精密測定によりその領域が精査できることが分かった。二つ目の研究実績は、電弱バリオン数生成に必要不可欠なスファレロン過程において、周期的ポテンシャルにより構築されるバンド構造を考慮した有限温度遷移確率を解析したことである。生成されたバリオン数がかき消されずに現在の宇宙まで残るためには、電弱対称性が破れた相においてスファレロン過程が抑制される必要がある。同時にこの条件は電弱バリオン数生成の検証可能性を決める重要な基準となるため、バンド構造からスファレロン遷移確率への影響を解析することは非常に重要である。数値計算の結果、電弱相転移期においてバンド構造から遷移確率への寄与は非常小さく、従来使用している基準に対してはほとんど影響を及ぼさないという結論を得た。

本研究は宇宙のバリオン数非対称性に着目し、この現象を説明しうる機構の一つである電弱バリオン数生成シナリオの検証可能性を調べていく。電弱バリオン数生成は電弱相転移期にバリオン数を生成する機構であり、ヒッグスの物理と密接に関係している。2012年に発見されたヒッグスの質量では電弱相転移がクロスオーバーになるため、素粒子標準模型の枠組みではこのシナリオが成立しない。そのため次の候補は拡張ヒッグス模型であり、本研究ではヒッグス二重項模型における電弱バリオン数生成シナリオの可能性を議論したことが今年度の研究実績の一つとして挙げられる。先行研究より、ヒッグス二重項模型ではミュー粒子の異常磁気モーメント、そしてヒッグス粒子からミューとタウ粒子への崩壊におけるアノマリーが説明できることが知られている。解析の結果、これらのアノマリーに加えて現在のバリオン数を説明できるパラメータ領域は限られた領域で存在し、電子の電気双極子モーメントの精密測定によりその領域が精査できることが分かった。二つ目の研究実績は、電弱バリオン数生成に必要不可欠なスファレロン過程において、周期的ポテンシャルにより構築されるバンド構造を考慮した有限温度遷移確率を解析したことである。生成されたバリオン数がかき消されずに現在の宇宙まで残るためには、電弱対称性が破れた相においてスファレロン過程が抑制される必要がある。同時にこの条件は電弱バリオン数生成の検証可能性を決める重要な基準となるため、バンド構造からスファレロン遷移確率への影響を解析することは非常に重要である。数値計算の結果、電弱相転移期においてバンド構造から遷移確率への寄与は非常小さく、従来使用している基準に対してはほとんど影響を及ぼさないという結論を得た。