横浜国立大学素粒子理論研究室

10月25日 金曜日 15:00~

殷　文氏（都立大）

eVダークマターの過去・今・未来

アブストラクト：eVの質量（電子の約10^6分の１）を持つダークマターは最も長い歴史を持つダークマターの一つである。 本講演では、ダークマターの歴史と、現在、今後どのように調べられるかをeVダークマターを中心に議論したい。 eV ダークマターが熱的に生成される可能性や今後の宇宙観測からその正体が突き止められるための戦略を議論する。

10月11日 金曜日　15:00~

富谷 昭夫氏（東京女子大）

Lattice QCD with Machine learning 

本講演では、機械学習を格子量子色力学（QCD）に応用する試みについて議論する。 近年、ChatGPTなどの生成AIが注目を集めているが、理論物理学への応用はまだ発展途上にある。 その中でも、機械学習アルゴリズムを用いた計算手法の信頼性に対する懸念、特にブラックボックス性がしばしば指摘される。 本講演では、格子QCDにおける厳密アルゴリズムである自己学習ハイブリッドモンテカルロ法（HMC）について説明する。 また、格子QCDにおいて重要な役割を果たすゲージ対称性を尊重したニューラルネットワーク、 特にゲージ対称ニューラルネットワークやゲージ対称トランスフォーマーに関する進行中の研究についても紹介する。 なお、本講演は機械学習や格子QCDに関する事前知識を前提とせず、基礎から丁寧に解説を行う。

10月7日　月曜日　15:00~

桑原 拓巳氏（北京大）

Phenomenology of Composite Asymmetric Dark Matter with a Dark Photon Portal

Composite asymmetric dark matter (ADM) is the framework that naturally explains the coincidence of the baryon density and the dark matter density of the Universe. We introduce a portal interaction sharing particle-antiparticle asymmetries in the Standard Model and dark sectors. A dark photon mixing with our photon is also introduced as a low-energy portal interaction for the entropy transfer at the late-time of the Universe. These portal interactions play important roles in exploring the dark sector in this model. The dark hadrons are produced via the dark photon at the collider experiments and leave the visible decay signals. In particular, for a specific mass spectrum, we can explore the composite ADM at the long-lived particle searches at the forward-detector experiments such as FASER and FACET and the beam-dump experiments such as DarkQuest. The kinetic mixing of order of 10^-3 — 10^-5 can be explored by the forward-detector experiments on the long-lived dark hadrons, which is compatible with the direct searches of visible decay of dark photon. Through the portal interaction sharing particle-antiparticle asymmetries, dark matter particles, which are dark-sector counterparts of baryons, can decay into antineutrinos and dark-sector counterparts of mesons (dark mesons) or dark photon. Subsequent cascade decays of the dark mesons and the dark photon can also provide electromagnetic fluxes at late times of the Universe. We derive constraints on the timescale of dark matter decay in the composite ADM scenario from the astrophysical observations of the positron, electron, and gamma-ray fluxes. The constraints from cosmic-ray positron measurements by AMS-02 are the most stringent at 2 GeV: a lifetime should be larger than the order of 10^{26} s, corresponding to the cutoff scale of the portal interaction of about 10^8—10^9 GeV.

8月26日　月曜日　15:00~

榎本　成志氏 （横浜国大）

Non-perturbative asymmetric particle production through the Exact WKB approach

The time-varying background with the coupled quantum fields can cause non-perturbative particle production. Since that situation is expected in the early universe, such that after inflation, electroweak symmetry breaking, etc, it is interesting to investigate the cosmological influence in the history of the universe. In this talk, we introduce the theoretical background of non-perturbative particle production and its analysis. Especially the asymmetric particle production between matter and antimatter is possible if C and CP are violated in the system, and hence, the dynamics can be applied to the baryogenesis scenarios. We also show the analytic approach for asymmetric production in a CP-violating model through the Exact WKB analysis. The analysis leads to no asymmetry, despite the finite asymmetry by the well-known perturbative result.

8月26日　月曜日　13:00~

村井　開氏(東北大)

Q-ball崩壊の宇宙論：レプトン非対称性の生成と二次重力波の増幅について

Q-ballとは、U(1)対称性を持つ理論においてスカラー場によって形成されるノントポロジカルなソリトンの一種であり、保存電荷を持つことから安定して宇宙に存在しうる。 またQ-ballは、超対称性理論の枠組みでバリオン非対称性を説明するAffleck-Dine機構において形成される可能性があり、暗黒物質の候補であるほか初期宇宙において様々な役割を果たしうる。 本セミナーでは、Affleck-Dine機構とそれに伴って生成されるQ-ballを簡単にレビューしたのち、Q-ballが崩壊することによって起こる宇宙論的な現象として、レプトン非対称性の生成と、スカラーゆらぎから生成される二次重力波の増幅を紹介する。

8月9日　金曜日　15:00~

野村 敬明氏

Multi-Z’ from scalar boson decay in spontaneously broken U(1)’ models

In this talk, we discuss minimal spontaneously broken local U(1)’ models. The candidates of new U(1)’ symmetry are U(1)\(_{B-L}\), U(1)\(_{L_i - L_j}\) and hidden U(1) so that the SM Higgs field is not charged under U(1)’. When U(1)’ gauge symmetry is spontaneously broken we have both new gauge and scalar bosons. We show these models can provide multi-Z’ signatures at the LHC via scalar boson production and decays, taking into account relevant constraints from Z’ and new scalar boson searches in various experiments.

7月26日　金曜日　15:00~

坂田　洞察 氏 （大阪大）

モンテカルロシミュレーションを用いた放射線生物学研究 -A Geant4-DNA Nanodosimetric Approach-

放射線に誘発される細胞死は、放射線によるDNA損傷に起因する。この事実は一般に理解されてきた。 それにも関わらず、放射線がどのように、そしてどの程度DNAを損傷するのか、損傷を受けたDNAがどのような修復過程を経るのか、そして最終的にどの程度細胞死を誘導する損傷が残存するのかという一連の詳細を定量的に理解する事は困難であった。 近年、放射線生物学研究向けの放射線輸送モンテカルロシミュレーションコードGeant4-DNAを用いて、放射線に誘発されるDNA損傷や細胞死を定量的に計算可能なシミュレーションプラットフォームが開発された。 本セミナーでは、放射線に誘発される細胞死の記述方法をいくつか紹介し、特にGeant4-DNAを用いたナノドジメトリをベースとしたシミュレーションと細胞死の予測について詳説する。

7月17日　水曜日　16:00~ いつもと違います。

藤井 俊博 氏 （大阪公立大）

極高エネルギー宇宙線観測による次世代天文学の開拓

極高エネルギー宇宙線の起源および加速機構は、現在の宇宙物理学におけるもっとも興味深い謎のひとつとして研究が進められている。 極高エネルギー宇宙線は、その莫大な運動エネルギーのために銀河系内および系外の磁場で曲げられにくく、その到来方向が起源を指し示す「次世代の天文学」として期待されている。 本講演では、宇宙線についての歴史や起源候補、検出手法、テレスコープアレイ実験とピエールオージェ観測所という稼働中の宇宙線観測実験の最新成果、そしてそして史上最大級のエネルギーをもつ宇宙線「アマテラス粒子」および将来展望について紹介する。

6月18日　火曜日　16:00~

Regina Caputo 氏 (NASA)

Achieving the science of the extreme universe through developments in gamma-ray instrumentation and telescopes

The New Messengers and New Physics and Cosmic Ecosystem priority themes from the Astro2020 Decadal Survey are uniquely addressed at gamma-ray energies. The gamma-ray group at NASA’s Goddard Space Flight Center, as part of a large effort together with ANL and many groups around the world, is developing technologies and future telescopes to enable observations to fill these critical capability gaps revealed by Fermi and fully capitalize on this exciting new era. This talk will present the development of CMOS silicon pixel detectors, called AstroPix, and their planned launch on a sounding rocket; the recent balloon launch of the ComPair gamma-ray prototype telescope; the next steps for ComPair; and community efforts to prioritize gamma-ray missions such as AMEGO-X in the future.

5月24日　金曜日　15:30~

井上 芳幸 氏 (大阪大学)

TeV Neutrinos from the Vicinity of Supermassive Black Holes

IceCube, a cubic-km neutrino detector at the South Pole, has recently detected TeV neutrinos originating from a nearby supermassive black hole (SMBH) system, NGC 1068. Unlike typical astrophysical neutrino production processes, the neutrino flux from NGC 1068 is approximately two orders of magnitude higher than its gamma-ray flux. One plausible explanation for this gamma-ray deficit neutrino emission is coronal cosmic-ray activity. Coronae are intensely hot plasmas surrounding SMBHs, with temperatures around 10^9 K and sizes on the order of 10 Schwarzschild radii of the SMBH. In this presentation, I will elucidate how coronae can produce such gamma-ray deficit neutrinos. Additionally, I will introduce another scenario involving photodisintegration in the jet. Future studies on neutrino flavor ratios may provide a means to differentiate between these two scenarios.

4月26日　金曜日　15:00 ~

須釜 祥 氏 （横浜国立大学 D1）

ニュートリノ振動におけるパラメータ縮退の再考

素粒子物理学における標準模型は、素粒子実験の多くを説明することのできる理論である。 しかし、標準模型では説明できない現象も多く観測されており、標準模型を超える物理の探索は現在の素粒子物理学における重要な課題の１つである。 標準模型においてニュートリノは質量がゼロの素粒子として組み込まれている。 ニュートリノ振動はニュートリノに質量があることによって生じる現象であるため、標準模型を超える物理の１つである。 また、ニュートリノには弱い相互作用のみが働き、観測が難しいため未だ謎が多い素粒子である。したがって、ニュートリノを用いた研究では様々な新物理の探究が期待される。 現在までのニュートリノ振動研究では、ニュートリノ振動を特徴づけるパラメータの測定が行われてきた。 標準的な3世代のニュートリノ振動は、3つの混合角\(\theta_{12}、\theta_{13}、\theta_{23}\)と2つの質量2乗差 \(\Delta m^2_{21}、\Delta m^2_{31}\)、そしてCP 対称性を破る位相\(\delta \)の6つのパラメータによって表される。 これまでの実験で\(\theta_{12}、\theta _{13}、\Delta m^2_{12}、\Delta m^3_{12} \)についてはかなり精密に決定されている。 しかし、\(\theta_{23}、\delta、\Delta m^2_{31}\)の符号については未だ精密な決定はされていない。 ニュートリノ振動研究における最終的な目的は CP位相\(\delta \)の決定である。 しかし、実験によって振動確率を測定しても \( \theta \)以外のパラメータが一意に定まらず、縮退が生じてしまうパラメータ縮退という問題が指摘されている[1][2][3][4]。 その縮退解それぞれによって\(\delta \)の値が異なるため、この値の決定のためにはパラメータの縮退問題を解決することは非常に重要である。 現在では\(\theta_{13}\)が精密に決定されたことにより、\(\theta_{13}\)の縮退は、追加の\(\theta_{23}\)の縮退に置き換わった。 そしてこの\(\theta_{23}\)の縮退は、P(\(\nu_\mu \to \nu_e\))、𝑃(\(\bar{\nu}_\mu \to \bar{\nu}_e\))から得られる(\(\sin^2 2\theta_{13} , 1/ \sin^2 \theta_{23}\)) −平面上での２次曲線と𝑃(\(\bar{\nu}_e\to \bar{\nu}_e\))と𝑃(\(\nu_\mu\to \nu_\mu\))、𝑃(\(\bar{\nu}_\mu\to \bar{\nu}_\mu\))の情報を組み合わせることで、解決される可能性がある。 本研究では、パラメータ縮退が T2HK[5]、DUNE[6]、T2HKK[7]、ESS\(\nu\)SB[8]の４つの実験でどのような振舞いをし、縮退問題が解決可能かどうかを解析的に議論した[9]。
参考文献：
[1] G. L. Fogli and E. Lisi, Phys. Rev. D 54, 3667 (1996) [arXiv:hep-ph/9604415].
[2] J. Burguet-Castell, M. B. Gavela, J. J. Gomez-Cadenas, P. Hernandez and O.Mena, Nucl. Phys. B 608, 301 (2001) [arXiv:hep-ph/0103258].
[3] H. Minakata and H. Nunokawa, JHEP 0110, 001 (2001) [arXiv:hep-ph/0108085].
[4] V. Barger, D. Marfatia and K. Whisnant, Phys. Rev. D 65, 073023 (2002)[arXiv:hep-ph/0112119]
[5] K. Abe et al. [Hyper-Kamiokande Proto-], PTEP 2015 (2015), 053C02doi:10.1093/ptep/ptv061 [arXiv:1502.05199 [hep-ex]].
[6] R. Acciarri et al. [DUNE], [arXiv:1512.06148 [physics.ins-det]].
[7] K. Abe et al. [Hyper-Kamiokande], PTEP 2018 (2018) no.6, 063C01doi:10.1093/ptep/pty044 [arXiv:1611.06118 [hep-ex]].
[8] A. Alekou et al. [ESSnuSB], doi:10.3390/universe9080347 [arXiv:2303.17356 [hep-ex]].
[9] S. Sugama and O. Yasuda, Phys. Rev. D 109, no.3, 035007 (2024)doi:10.1103/PhysRevD.109.035007 [arXiv:2308.15071 [hep-ph]].