博士学位論文審査要旨学位申請者氏名

[博士 一審 査 要 旨]

博 士 学 位 論 文 審 査 要 旨

学位 申請者氏名

論 文 題 目

審 査 委 員(職 名 ・氏 名 ・印)

主 査

審査委員

教 授 近 匡 教 授 青柳 里果 教 授 富谷 光良 教 授 進藤 哲央 論文審査結果(合 否) 合 格

論文審査の要旨

ス イ ス ・フ ラ ン ス 国 境 の 欧 州 原 子 核 研 究 機 構 で 稼 働 す る 陽 子 陽 子 衝 突 型 加 速 器(LargeHadron ColIider=LHC)に お い て,素 粒 子 の標 準 模 型(StandardModel=SM)で 存 在 が 予 言 され て い た ヒ

ッ グ ス粒 子 が2012年 に発 見 され た 。 これ に よ り,ゲ ・一一一一ジ対 称 性 の 自発 的破 れ に よ っ て 基 本 素 粒 子 の 質 量 を 説 明 す るSMの 正 し さ が 改 め て 確 認 され た 。 しか しす で に,暗 黒 物 質 の 存 在 や ミュ ー 粒 子 の 異 常 磁 気 能 率 に お け るSM予 測 と測 定 値 と の差 異 な ど,い くつ か の観 測 ・実 験 に お い てSMの 範 疇 で は説 明 で き な い 現 象 が 報 告 され て い る こ とに 注 意 す る。 本 論 文 で は,そ れ らを 説 明 す るモ デ ル

と して 最 小 超 対 称 性 標 準 模 型(MinimalSupersymmetricStandardModel:MSSM)を 考 え,こ の モ デ ル で 予 言 され る超 対 称 性 粒 子 が,現 在 建 設 計 画 中 の 次 世 代 加 速 器 で あ る電 子 陽 電 子 型 国 際 リニ ア コ ライ ダ ー(ILC)と 大 型 電 子 陽 子 型 加 速 器(LHeC)に お い て確 実 に観 測 され る基 本 反 応 過 程 の 精 密 測 定 を 通 して 検 証 され る可 能 性 を解 析 した 。

以 下 に 各 章 の 要 約 を 記 述 す る。

第1章 は 序 章 で あ り,本 論 文 に お け る研 究 背 景 が 述 べ られ て い る。

第2章 で は,上 述 のSMお よ びMSSMの 説 明 と,2っ の 特 徴 的 な 次 世 代 加 速 器 で あ るILCとLHeC の 基 本 的 な ス ペ ッ ク と特 徴,さ ら に どの よ うな 成 果 が 期 待 され るか が ま と め られ て い る。 な お,付 録A〜Cに は さ らに 基 本 的 なSMとMSSMの 理 論 的 背 景 が 記 載 され て い る。

第3章 は,実 験 で 測 定 され る事 象 数 か ら求 め られ る 断 面 積 とい う物 理 量 が,SMやMSSMの 枠 組 み で ど の よ うに 計 算 され る か が 記 述 され て い る。 こ こで は そ の 計 算 に使 用 され た,高 エ ネ ル ギー 加 速 器 機 構(KEK)の 理 論 グル ー プ と共 同 で 開 発 中 の 自動 計 算 プ ロ グ ラ ムGRACEの 説 明 が な され, Treeレ ベ ル と1‑loopレ ベ ル の 断 面 積 計 算 法 の 詳 細 が述 べ られ て い る。

[博士 一審 査 要 旨]

論文審査の要旨(続)

第4章 は,第5章 の 計 算 ・解 析 に 用 い るMSSMの 数 値 パ ラ メ ー タ を どの よ うに 決 定 した か の 説 明 で あ る。 具 体 的 に は,LHCに お け る 超 対 称 性 粒 子 探 索,ミ ュ ー 粒 子 の 異 常 磁 気 能 率 の 測 定,B中 間 子 の 希 少 崩 壊 の観 測,そ して 宇 宙 の 観 測 か ら見 積 も られ る 暗 黒 物 質 密 度,を 考 慮 に 入 れ,こ れ らの 実 験 ・観 測 か らの 制 限 と矛 盾 しな いMSSMパ ラ メー タ の セ ッ トを 探 索 し設 定 して い る。 特 に,SM で 最 も質 量 が 大 き い トップ ク ォ ー ク の 超 対 称 性 パ ー トナ ー 粒 子 で あ る ス カ ラ ー トッ プ ク ォ ー ク(ス

トップ)に 着 目 し,こ の粒 子 が500GeV以 下 の 軽 い 場 合 と,1TeV以 上 の 重 い 場 合 を 両 方 考 え,そ れ ぞ れ の ケ ー ス に 関す る 特 徴 的 なMSSMパ ラ メ ー タ セ ッ トを6つ 設 定 し て い る。 な お,MSSMで の 暗 黒 物 質 密 度 の 計 算 法 とSMパ ラ メー タ の 値 は そ れ ぞ れ 付 録DとEに 与 え られ て い る。

第5章 で,本 論 文 に お け る 最 も重 要 な 結 果 で あ る超 対 称 性 粒 子 検 証 の 可 能 性 の 有 無 が,定 量 的 に議 論 され る。 な お,5.1,5.2,5.3,5.4節 の 内 容 が,2本 の 論 文 誌 掲 載 論 文 の 主 な 内容 とな っ て い る。

5.1節 で は まず,こ こ で 取 り上 げ るILCに お け る反 応 過 程 で期 待 され る事 象 数 が ま とめ られ て い る。 い ず れ の 過 程 も1年 間 で 数 万 〜数 百 万 の 事 象 数 が 見 込 め る も の な の で,精 密 測 定 は 十 分 可 能 で あ る こ とが わ か る。5.2節 で は,ILCに お け る第3世 代 フ ェ ル ミオ ン対 生 成 過 程 に 対 す る 計 算 結 果 が 述 べ られ る。 こ こ で 特 に 重 要 な結 果 は,250GeVの 衝 突 エ ネ ル ギ ー に お い て ボ トム ク ォ ー ク 対 生 成 の 精 密 測 定 され た 角 度 分 布(断 面 積)が,MSSMの1‑100p効 果 に よ りSMの 予 測 値 よ り最 大 で 約5%小 さ く な る こ と を 示 した こ とで あ る。5.3節 は,Z粒 子 を伴 っ た ヒ ッ グ ス 粒 子 生 成 過 程 の 結 果 の 記 述 に 当 て られ て い る。 こ の 節 の 図18に 示 され て い るZ粒 子 の 角 度 分 布 は,本 論 文 に お い て 最 も重 要 な 結 果 と考 え られ る。 ま ず,MSSMとSMの 違 い は 約1%で あ る こ とが 示 され る と と も に, も し0.1%の 精 度 の 測 定 が 可 能 で あ れ ば,ス トップ が500GeV以 下 の軽 い 場 合 と1TeV以 上 の 重 い 場 合 が 判 別 で き る可 能 性 を 明 らか に して い る。5.4節 で は,ILCで500GeVの 衝 突 エ ネ ル ギー を想 定 した 時 の ヒ ッ グス 粒 子 の 単 独 生 成 過 程 の 計 算 結 果 が 報 告 され て い る 。こ こで は,主 にWボ ゾ ン融 合 過 程 で ヒ ッ グ ス 粒 子 が 生 成 され る こ と に着 目 して,有 効Wボ ゾ ン 近 似(EWA)の 公 式 を プ ロ グ ラ ム に組 み 込 み 拡 張 したGRACEを 用 い て 計 算 を行 っ て い る。 ま た 近 似 精 度 を 向 上 させ るた め に, 角 度 積 分 に 二 重 指 数 関 数 型 積 分(DEI)を 用 い る工 夫 も な され て い る 。 結 果 と して,ヒ ッ グ ス粒 子 の エ ネ ル ギ ー 分 布 に お い て,MSSMとSMの 違 い は約2%期 待 で き る こ とが 示 され て い る。

5.5節 はLHeCで 期 待 され る 単 独 ビ ッ グス 粒 子 生 成 の 解 析 結 果 が報 告 され て い る。 こ こで は5.4節 で 組 み 込 まれ たEWAやDEIに 加 え,陽 子 の構 造 関 数 の 組 み 込 み が行 わ れ て お り,計 算 の難 易 度 は 最 も高 い も の で あ る。 本 審 査 で も こ こで 得 られ た 数 値 結 果 は 今 後 精 査 が必 要 で あ る の と見 解 が 示 さ れ て い た が,数%のMSSMとSMの 違 い は期 待 で き る が,統 計 誤 差 が 大 き い た め そ の 検 証 は 容 易 で は な い とい う知 見 に 変 更 は な い も の と考 え られ る。

第6章 で は ま と め と結 論 が 述 べ られ て い る。

超 対 称 性粒 子 の存 在 に 起 因 す る1‑loop効 果 に よ っ て,複 数 の反 応 過 程 に お い て ど の よ うなSM予 測 値 と の差 異 が 生 じ る の か を 系 統 的 に 明 ら か に した 本 論 文 は,改 め てILCの 重 要 性 を示 した も の で あ

り,博 士(理 工 学)の 学 位 論 文 に 充 分 値 す る も の で あ る

(以 上)