Theoretical study for the search of new physics using astrophysical phenomena

利用天体物理现象寻找新物理的理论研究

基本信息

批准号：
21K13916
负责人：
永田夏海
金额：
$ 3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

中性子星の表面温度観測を通じて暗黒物質を探索する手法が近年盛んに議論されてる。とりわけ，中性子星に捕獲されたWIMP暗黒物質が対消滅することで中性子星を温める効果に着目し，『非常に古いのにも関わらず温かい中性子星』を見つけ出すことでWIMP暗黒物質の兆候を探る試みが研究されてきた。本年度の研究で私は，この暗黒物質探索手法を用いることで地上での実験では探索しえなかった暗黒物質候補をも探りうることを，2つの暗黒物質模型について明らかにした。一つ目の仕事では，『電弱多重項暗黒物質』を研究した。この暗黒物質候補の核子弾性散乱断面積は一般に小さく，地上における暗黒物質直接探索実験でこの暗黒物質を検出するのが困難であることが知られている。一方中性子星上では，中性子が作り出す非常に強い重力によって暗黒物質が加速されるため，暗黒物質が別の多重項成分に変化する『非弾性散乱』が生じうる。この断面積はとても大きいため，暗黒物質は効率よく中性子星に捕獲され，中性子星が加熱される。本研究では，中性子星温度観測を用いた探索手法と暗黒物質直接探索実験による探索手法とがこの暗黒物質模型を検証するにあたり相補的な役割を担うことを示した。二つ目の仕事では，『ミューオン異常磁気モーメントの実験結果に動機づけられた暗黒物質模型』を考察した。昨年度の研究と関連して，FermiLabで行われたミューオン異常磁気モーメントの測定結果を説明するような暗黒物質模型を具体的にとりあげ，この模型を中性子星温度観測を用いて検証する可能性を調べた。このような暗黒物質はミューオンと相互作用を行うが，中性子星内にはミューオンが多数存在するため，この相互作用を通じて暗黒物質は中性子星に捕獲される。このため，中性子星温度観測を用いた探索手法はこの種の暗黒物質模型を検証するのに非常に有力であることが明らかになった。

近年来，通过观测中子星表面温度来寻找暗物质的方法被积极讨论。特别是，我们将重点关注中子星中捕获的 WIMP 暗物质通过湮灭使中子星变暖的效应，并通过寻找“非常古老但温暖的中子星”来寻找 WIMP 暗物质的迹象。。在今年的研究中，我通过两个暗物质模型阐明，通过这种暗物质搜索方法，可以搜索到地面实验无法探测到的暗物质候选者。在我的第一份工作中，我研究了“电弱多重态暗物质”。这种暗物质候选物的核子弹性散射截面一般较小，已知在地面直接寻找暗物质的实验中很难探测到这种暗物质。另一方面，在中子星上，暗物质被中子产生的极强引力加速，这会引起“非弹性散射”，暗物质变成另一种多重态成分。由于这个横截面很大，暗物质被中子星有效地捕获，从而将其加热。在这项研究中，我们表明，使用中子星温度观测的搜索方法和使用直接暗物质搜索实验的搜索方法在验证该暗物质模型方面发挥着互补作用。在我的第二项工作中，我考虑了“由μ子反常磁矩实验结果驱动的暗物质模型。”结合去年的研究，我们将专门采用一个暗物质模型来解释费米实验室进行的μ子反常磁矩的测量结果，并研究利用中子星温度观测Ta验证该模型的可能性。这种暗物质与μ子相互作用，但由于中子星内部有很多μ子，暗物质通过这种相互作用被中子星捕获。因此，很明显，使用中子星温度观测的搜索方法对于验证此类暗物质模型非常有效。

项目成果

期刊论文数量（31）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ワルシャワ大学(ポーランド)

华沙大学（波兰）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

A minimal supersymmetric SU(5) missing-partner model

最小超对称SU(5)缺失伙伴模型

DOI：
10.1140/epjc/s10052-021-09337-9
发表时间：
2021
期刊：
The European Physical Journal C
影响因子：
0
作者：
Ellis John;Evans Jason L.;Nagata Natsumi;Olive Keith A.
通讯作者：
Olive Keith A.

Searching for stop LSP at the LHC

在大型强子对撞机上搜索停止 LSP

DOI：
10.1140/epjc/s10052-022-10216-0
发表时间：
2022
期刊：
The European Physical Journal C
影响因子：
0
作者：
Kpatcha Essodjolo;Lara I?aki;L?pez-Fogliani Daniel E.;Mu?oz Carlos;Nagata Natsumi;Otono Hidetoshi
通讯作者：
Otono Hidetoshi

IFT/UAM(スペイン)

IFT/UAM(西班牙)