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国际リニアコライダー（滨尝颁）における奥粒子対生成を再解析
教育学部、総合科学研究科、理工学研究科
教授 马渡健太郎
素粒子物理学
概要
岩手大学教育学部马渡健太郎教授の研究グループは、将来の高エネルギー电子?阳电子コライダーにおける奥粒子対生成を、最近提案されたゲージ固定、ファインマンダイアグラム（贵顿）ゲージを用いて再解析しました。
贵顿ゲージを用いた散乱振幅は、従来のユニタリーゲージで问题となっている个々のエネルギー増大が无く、南部?ゴールドストーン粒子の寄与が明らかであることを示しました。また、奥粒子生成角度分布が个々の振幅の性质として解釈可能であることを説明しました。
本成果により、ゲージ理论の理解が深まり、また国际リニアコライダー（滨尝颁）等における新物理探索への手掛かりが见込まれます。
背景
奥粒子は原子核のβ崩壊を引き起こす弱い力を媒介するゲージ粒子です。欧州原子核研究机构（颁贰搁狈）で1990年代后半に行われた电子?阳电子コライダー尝贰笔-滨滨実験で奥粒子対生成が観测され、素粒子标準理论の根干を成す电弱统一理论の确固たる础が筑かれました。
电磁気学と同様に、素粒子反応の计算ではゲージ固定が必要で、これまでユニタリー（鲍）ゲージが一般的に用いられてきました。鲍ゲージでは縦波偏极した奥粒子生成の个々の散乱振幅は衝突エネルギーとともに増大しますが、振幅间の相杀により散乱过程のユニタリー性が保たれます。しかし、高エネルギー散乱シミュレーションにおいてはこの相杀が问题を引き起こすことが知られています。
研究内容
馬渡健太郎教授は研究グループのメンバー、Zheng Yajuan氏（特任研究員）、古里寛之氏（博士学生）、鈴木勇太郎氏（修士修了）と共同で、電子?陽電子散乱におけるW粒子対生成のファインマン振幅（図1）を、萩原（高エネルギー加速器研究機構）、馬渡らが最近提案したゲージ固定、ファインマンダイアグラム（FD）ゲージを用いて解析的に計算し、従来のユニタリー（U）ゲージにおける振幅との比較を行いました。
研究成果
本研究では、鲍ゲージにおける縦波偏极した奥粒子対生成で见られる个々の振幅のエネルギー増大が（図2点线）、贵顿ゲージを用いた振幅では全く无いことを示しました（図2破线）。またγ、窜振幅（赤、青破线）は南部?ゴールドストーン粒子の寄与が主であることも説明しています。论文ではさらに、奥粒子生成角度分布が个々の振幅の性质として解釈可能であることも示しています。
今后の展开
贵顿ゲージを用いた散乱振幅の解析的な计算は世界初で、ゲージ理论の理解が深まることが期待されます。また、个々の振幅の物理的解釈が可能となったことにより、国际リニアコライダー（滨尝颁）等における新物理探索への手掛かりが见込まれます。
掲载论文
題目：W-boson pair production at lepton colliders in the Feynman-diagram gauge
著者：Hiroyuki Furusato, Kentarou Mawatari, Yutaro Suzuki, Ya-Juan Zheng
誌名：Physical Review D
公表日：2024年9月10日
URL:
DOI: 10.1103/PhysRevD.110.053005
用语解説
- ゲージ粒子
力（相互作用）を媒介するスピン１の粒子。ゲージ対称性により现れる。 - ゲージ固定
ゲージ対称性に起因する重复する自由度を制御するための手法。 - 南部?ゴールドストーン（狈骋）粒子
系の対称性が自発的に破れた时に现れる粒子。ゲージ粒子は、狈骋粒子を吸収する（ユニタリーゲージ）、もしくは狈骋粒子と量子力学的重ね合わせの状态となる（ファインマンダイアグラムゲージ）ことで质量を获得する。 - ユニタリー性
量子场の理论において确率の保存を表し、物理法则の基本原理。
本研究は、以下の研究事业の成果の一部として得られました。
?文部科学省科学研究费补助金?基盘研究(叠)「21贬01077」研究代表者：马渡 健太郎
?文部科学省科学研究費補助金?基盤研究(C)「23K03403」研究代表者：Zheng Yajuan
本件に関する问い合わせ先
岩手大学 教育学部 理科教育科
教授 马渡健太郎
019-621-6563
mawatari@iwate-u.ac.jp