資料2 ILCにおける超対称性粒子と暗黒物質の探索(1)

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1 資料 2 ILC における超対称性粒子と暗黒物質の探索 -- 素粒子原子核物理作業部会 ( 第 回 - 第 6 回 ) 資料より -- 初田哲男 ( 理化学研究所 )

2 素粒子原子核物理作業部会 ( 第 回 ) 資料 6 に関する質問への回答 ( 駒宮委員 ) ( 中野座長代理 ) 総合して 重要な測定として挙げられているのは以下の4 点であるという理解でよいか. ヒッグスの結合定数のずれの測定精度向上 2. ヒッグスの自己結合の検証 3. トップクォークの質量の測定精度向上 4.LHCでは見えにくいSUSY 粒子探索 書かれている4 点はその通りであると思いますが もう一つ追加いたします 5. ILCは + - 衝突のエネルギーフロンティアなので 様々な事象パターンを全て精査して 標準理論の予言からの離脱を系統的に探します クリーンな実験環境下において理論で予測だにしなかった新粒子 新現象の探索も行います 2

3 ( ) / 35 3

4 TV Scal SUSY ( ) SUSY R DM (26GV) ( ) / 35 4

5 超対称性理論の現状と展望について 宇宙論等の観点から概観 Shigki Matsumoto (Kavli IPMU) 5

6 SUSY spctra rcntly discussd 4/6 Cosmology (WIMP DM abundanc) rquirs LSP should b O(0. )TV rang. TV 2 TV 3 Othrs Othrs TV Squarks Gauginos Othrs PGM[Ib, Moroi, Yanagida]/Minimal Split[N. Arkani-Hamd, t. al.] Simplicity motivatd. Simplst SUSY braking Gauginos bcom 00 tims lightr than othr sparticls. LSP is wino-lik particl bcaus of anomaly mdiation. 2 Focus Point [J. Fng, t.al.]/ew naturalnss[h. Bar, t. al.] Naturalnss motivatd. v 2 m 2 + othrs controlld by som high-scal paramtrs, giving small corrction. LSP is higgsino-lik particl bcaus of small m 2. 3 Havy squarks & light slptons[n. Yokozaki, t. al., tc.] (g 2) m motivatd. Light slptons/nutralinos/charginos ar rquird for th anomalous muon g-2. LSP is gravitino if w adopt th framwork of GMSB. 6

7 Implication to collidr xprimnts 5/6 Non-colord but EW-chargd particls ar xpctd to b within TV-scal! LHC (Hadron collidr) ILC (Lpton collidr) P DM Signal + Z/g DM Signal P Signal DM Signal DM P Missing Missing + Z/g Missing Missing P Quark/Gluon Signal Photon Signal At LHC, nw particls can b sarchd for whn its production cross sction is larg nough or its dcay products ar vry visibl (lpton and g with larg p). At ILC, nw particls can b fficintly sarchd for up to half th COM nrgy. 7

8 ILC TDR Ovrviw ILC 技術設計書 概要 Akira Yamamoto (KEK) 山本明 (KEK ILC 準備室 ) th st ILC TDR Vrification Working Group 第一回 ILC 技術設計書 検証作業部会 30 Jun, ILC TDR Ovrviw 8

9 Important Enrgis in ILC ILCにおける重要な衝突エネルギー v Discovry of a 25 GV Higgs has rinforcd th importanc of th ILC 2 Intgratd Luminosity (ab - ) Physics confidnt ( 確実な物理 ): à Higgs and Top Quark v Larn vrything about H (25) v Prob dynamics of EWSB HHZ Nw Physics byond SM: ( 標準モデルを越える未踏の物理 ) v Dirct or indirct DM sarchs v Evidnc for BSM physics v Hints of a nw mass scal K. Kawago (modifid) HZ ννh tt tth E cm (GV) ILC TDR Ovrviw 4 9

10 l Basic rquirmnts ( 基本要求 ): l Luminosity : l E cm : Rquirmnts from Physics 物理実験からの要求 l E stability and prcision: < 0.% l Elctron polarization: > 80% Ldt = 500 fb - in 4 yars l Extnd-ability( エネルギー拡張性 ): l Enrgy upgrad: GV, and th ability to scan 500 à,000 GV 5GV -, + Damping Ring (3.2km) - turn around + turn around - bunch comprssor 250GV - main linac + produc*on + boostr linac targt & captur for + tun-up bam lin 5GV - / + damping ring 3.2km tun-up bam lin 250GV + main linac + bunch comprssor Bunch comprssion - ML undulator for + production spin rotator bam dump bam dump dtctor 4mrad crossing angl bam dump bam dump spin rotator - boostr linac polarisd - gun & injctor + ML Bunch comprssion IP - produc*on ILC TDR Ovrviw 5 0

11 国際リニアコライダー計画の概要 204 年 6 月 24 日素粒子原子核物理作業部会 東京大学大学院理学系研究科物理学専攻東京大学素粒子物理国際研究センター 駒宮幸男

12 超対称性粒子 未発見未発見未発見 超対称性 フェルミオンとボゾンの交換に対する対称性 超対称性があれば ヒッグススケールが量子重力スケールと比べてなぜ小さいか説明できる 超弦理論でも超対称性が必須 同じ質量を持つ超対称性パートナー粒子は未発見のため 超対称性は自発的に破れている必要がある 未知の新物理が超対称性粒子に対して働くさまざまな媒介機構が提唱されている 電気的中性で超対称性粒子の中で最も軽いもの (Lightst Suprsymmtric Particl: LSP) が暗黒物質候補となる 未発見 暗黒物質候補 未発見 暗黒物質候補 Bino Wino Higgsino 30 2

13 ILC での暗黒物質粒子の探索 Z Z γ Z 質量の低い方から攻める - χ 0 χ 0 2 χ 0 χ 0 2 χ 0 χ 0 χ + χ - Z χ Z or h χ 0 χ 0 χ 0 ν χ 0 χ 0 2 χ + χ - + χ - W + W - χ 0 χ 0 χ χ 0 χ 0 3

14 超対称性粒子に対する感度 LHC: グルイーノ探索 ILC: チャージーノ ニュートラリーノ探索質量関係式をもちい グルイーノ質量に焼き直して比較 Bino LSP ( 重力媒介機構, ゲージ媒介機構 ) LHC 8 TV ( スカラークォークが重い場合 ) ILC 500 GV ILC TV Wino LSP ( アノマリー 媒介機構 ) Higgsino LSP 2 3 グルイーノ質量 M 3 (TV) 4 5 備考 : MSUGRA/GMSB 関係式 M : M 2 : M 3 = : 2 : 6; AMSB 関係式 M : M 2 : M 3 = 3.3 : :

15 従って SUSY 探索では LHC と ILC ではモデルによって一長一短です LHC で現在棄却された領域 : 解析の上での様々な仮定は図に載っています 5

宇宙の背景輻射 現在 150億年 50億年 星や銀河の 形成 自然界には4つの力 3つの分岐点が今回のシリーズの目標 3K LHC温度 1016K (10-12 ~ 10-14s) 10億年 (2) GUTへの挑戦 超対称性による大統一 3000K 30万年 原子 分子の形成 3分 原子核の形成 10-10 秒 弱い相互作用が分離 3つの力が分離する 量子重力の世界 10-34 秒 10-43 秒

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