CKM行列要素の決定のための格子QCD計算の現状

• Takashi Kaneko (KEK)

Room: パナソニックホール Cabibbo-Kobayashi-Maskawa行列要素の決定のための格子QCD研究の現状と展望、及び、関連する実験測定の精度について議論する。

宇宙膨張と重力的な物質生成

• Kunio Kaneta (Niigata University)

Room: パナソニックホール TBA

検出実験による暗黒物質の検証

• Keiko Nagao (Okayama University of Science)

Room: パナソニックホール 暗黒物質(WIMP)の直接検出実験から、質量や相互作用の大きさには強い制限がかかっている。その現状と今後の展望、また、暗黒物質の速度分布や密度プロファイルなどの検証可能性についても議論する。

Constraints on dark matter-neutrino scattering from the Milky-Way satellites and subhalo modeling for dark acoustic oscillations

• Kensuke Akita (University of Tokyo)

Room: パナソニックホール The elastic scattering between dark matter (DM) and radiation can potentially explain small-scale observations that the cold dark matter faces as a challenge, as damping density fluctuations via dark acoustic oscillations in the early universe erases small-scale structure. We study a semi-analytical subhalo model for interacting dark matter with radiation, based on the extended Press-Schechter formalism and subhalos' tidal evolution prescription. We also test the elastic scattering between DM and neutrinos using observations of Milky-Way satellites from the Dark Energy Survey and PanSTARRS1.

Composite Dark Matter with Forbidden Annihilation

• Takumu Yamanaka (Osaka University)

Room: パナソニックホール 本発表ではQCDに類似した$SU(N)$ゲージ相互作用と、電弱相互作用をするフェルミオン(dark quark)を導入した暗黒物質模型を議論する。このdark sectorにおけるカイラル対称性の自発的破れによって、複数種類の中間子様粒子 (dark pion) が現れる。そのうち、最も軽い$G$-パリティ奇のdark pionが暗黒物質の主成分となる。本研究ではdark quarkが非零の質量を持つ場合におけるdark pionの質量スペクトルの解析を行った。暗黒物質と$G$-パリティ偶のdark pionの質量はdark quarkの質量によって縮退し、$G$-パリティ偶のdark pionを終状態に持つ対消滅過程が暗黒物質の残存量に寄与する。これにより、$O(1$-$100)$ TeVの質量をもつ暗黒物質が記述できることを明らかにした。

Light thermal dark matter and MeV gamma-ray detection

• Yu Watanabe (IPMU)

Room: パナソニックホール In response to the negative result of experiments searching for the WIMP, the light thermal DM is getting more and more attention. Considerable efforts are being dedicated to the search for light DM, with indirect detection emerging as a rapidly advancing field. The light thermal DM is expected to produce gamma rays in the MeV energy region from its annihilation, though it was known that detecting MeV gamma rays is challenging compared to those in different energy regions. However, advancements in technology and theoretical studies have opened up possibilities to detect MeV gamma rays efficiently, leading to the approval of the Compton Spectrometer and Imager (COSI). We comprehensively and quantitatively investigate the phenomenology of the light thermal DM to explore whether the COSI observation can prove their viable model parameter regions. We found that such parameter regions exit, predicting velocity-dependent annihilation cross-sections via several distinct mechanisms, such as annihilation via a forbidden channel and an s-channel resonance, and those are potentially detectable by the COSI via both continuum and line gamma-ray observations.

ブラックホールの相補性と量子重力

• Yasunori Nomura (UC Berkeley)

Room: パナソニックホール TBA

弱い力のパリティの破れと超新星・中性子星の物理

• Naoki Yamamoto (Keio University)

Room: パナソニックホール 重力崩壊型超新星は、大質量星の進化の最終段階で重力崩壊し、中性子星へ転移する過程に付随する爆発現象である。この重力崩壊の際に解放される重力エネルギーの大部分がニュートリノによって持ち運ばれるため、超新星の時間発展は、弱い相互作用を介したニュートリノと核子や電子から構成される物質との間のエネルギーの輸送が鍵になる。 しかし、従来用いられてきたニュートリノ輸送理論は、パリティの破れという弱い相互作用の基本的な性質が考慮されておらず、系の対称性に基づく低エネルギー有効理論として正しくない。本講演では、パリティの破れを考慮したニュートリノ輸送理論と、その超新星の時間発展やマグネター、パルサーキックへの応用について議論する。

Hosking integral and its implications for constraining primordial magnetic fields

• Fumio Uchida (KEK)

Room: パナソニックホール An approximate conserved quantity in magneto-hydrodynamics, the so-called Hosking integral, was discovered recently. It quantifies statistical fluctuations of magnetic helicity, analogously to the conserved quantities in pure hydrodynamics, which quantifies statistical fluctuations of velocity or angular momentum of the fluid motion. The conservation of the Hosking integral is supported by follow-up studies and resolves a well-known inconsistency between numerical and analytic results. We apply the conservation of the Hosking integral to describing the evolution of primordial magnetic fields and, based on that, revisit constraints on them. In particular, we will highlight how important to understand the evolution of primordial magnetic fields, by revisiting constraints from CMB spectral distortions.

DESI が示唆する暗黒エネルギーの時間発展とそのスカラー場による解釈

• Takahiro Terada (KMI, Nagoya University)

Room: パナソニックホール 今年4月に Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) という宇宙の大規模構造の観測チームが暗黒エネルギーの時間発展の証拠と考えられる解析結果を発表しました。暗黒エネルギーの時間変化が確かめられれば、素粒子論や宇宙論に大きなインパクトをもたらすでしょう。この発表ではまずボトムアップに、DESI の解析で使われた $w_0 w_a \text{CDM}$ 模型をスカラー場（クインテッセンス）模型に翻訳し、どのようなスカラーポテンシャルが現象論的に求められるかを明らかにします。しかし、このアプローチでは初期宇宙の状態方程式がファントム($w<-1$)になってしまうため、後半ではトップダウンの模型の例としてアクシオン模型を考えます。この模型では同時に宇宙論的複屈折のデータを説明し、量子重力の沼地予想とも整合的であることを議論します。

陽子崩壊行列要素の格子QCD計算

• Yasumichi Aoki (RIKEN)

Room: パナソニックホール TBA

核子崩壊から探る大統一理論

• Hiroki Takahashi (The University of Tokyo, Hongo)

Room: パナソニックホール 電弱理論と強い力の統一を果たす大統一理論(GUT)は非常に魅力的な枠組みであり、これまでにSU(5)やSO(10)、Flipped SU(5) GUTといった様々なモデルが提唱されてきた。GUTの検証方法として代表的なものに核子崩壊の観測がある。その各種崩壊モードの寿命の多くはSuper-Kamiokandeを始めとした実験により強い制限が与えられており、Hyper-KamiokandeやDUNE、JUNOといった将来実験での観測が期待されている。一方崩壊率の理論的な予言についても、核子崩壊行列要素の格子計算の発展により$\mathcal{O}(10~\%)$の精度で予言が可能となった。これらの現状を受け本研究では、有効理論を用いて次元6の演算子から従う二体崩壊モードの崩壊率、より正確には異なるモードの崩壊率の比からどのような大統一模型の構造を明らかにできるかを系統的に調査した。結果として、以下の2点が得られた。 1. $\Gamma(p\to e^+\eta)/\Gamma(p\to e^+\pi^0)$ あるいは $\Gamma(n\to \bar{\nu}\eta)/\Gamma(p\to \bar{\nu}\pi^+)$の値と、大統一スケールの媒介粒子、あるいは(超対称GUTにおけるdimension-five nucleon decayの場合)超対称粒子の交換についての対応関係を明らかにした。 2. 特に大統一ゲージボソンの交換に焦点を当て、そのフレーバーユニバーサリティからその他の崩壊率の比について、その特徴を調べた。次元６の核子崩壊演算子を導くゲージボソンは２種類存在するが、それぞれの交換による崩壊率の比の特徴を明らかにした。 これらのジェネリックな結果を上記のベンチマーク模型に適用しつつ発表を行う。

アクシオン電磁気学における一般化対称性とその応用

• Ryo Yokokura

Room: パナソニックホール 対称性と保存量は場の量子論において重要な役割を果たす。近年、保存量すなわち連続変形で値を変えないトポロジカルな量の存在によって対称性を定義する「一般化対称性」と呼ばれる概念が提案された。一般化対称性は場の量子論における相構造の分類などに応用され、現在でも盛んに研究されている。 本講演では、アクシオン電磁気学を具体例として一般化対称性とその応用を説明する。アクシオン電磁気学はアクシオン場が電磁場に量子異常を通じて結合した系で、素粒子論をはじめ、宇宙論やハドロン物理、物性系など幅広い分野に現れる。この系では、時間変化するアクシオン背景場や外部電場の元で、電磁場やアクシオン場が指数関数的に成長しヘリカル磁場などの配位が生成される現象が知られている。一般化対称性を用いることで、このような配位の安定性を対称性の観点から保証できることを議論する。

Induced Domain Walls of QCD Axion, and Gravitational Waves

• Kai Murai (Tohoku University)

Room: パナソニックホール We show that heavy axion domain walls induce domain walls of the QCD axion through a mixing between the heavy axion and the QCD axion, even when the pre-inflationary initial condition is assumed for the QCD axion. The induced domain walls arise because the effective $\theta$ parameter changes across heavy axion domain walls, shifting the potential minimum of the QCD axion. When the heavy axion domain walls collapse, the induced QCD axion domain walls collapse as well. This novel mechanism for producing the QCD axions can explain dark matter even with the axion decay constant as small as ${\cal O}(10^{9-10})$ GeV. In particular, this scenario requires domain wall collapse near the QCD crossover, potentially accounting for the stochastic gravitational wave background suggested by recent pulsar timing array observations, including NANOGrav.

アクシオンのバブルミスアラインメント

• Junseok Lee (東北大学)

Room: パナソニックホール ここでは非可換ゲージ理論における一次相転移時のアクシオンのダイナミックスについて考える。相転移の継続時間がアクシオン振動の時間スケールに比べて短い場合、アクシオンのダイナミックスはトラップド・ミスアラインメント機構に類似している。一方、そうでない場合には、アクシオンは最初にバブルの内側から弾き出され、バブルの外にアクシオンの波を生成する。フェルミ加速に類似して、これらのアクシオンはバブルウォールと散乱を繰り返してエネルギーを獲得し、十分なエネルギーを得るとアクシオンはバブルの内部に侵入できる。相転移中にアクシオンがバブルの内部でのみ振動する場合、アクシオンの存在量は、アクシオンの質量が一定か、あるいは温度に対して連続的に依存するモデルと比較して大幅に増加する。このアクシオン存在量の増加は、アクシオンの質量、相転移の継続時間、およびバブルウォールの速度に依存する。この機構により、空間的に不均一なアクシオンの分布が生じ、アクシオンミニクラスターの形成にもつながる可能性がある。

Small Instanton Effects on Composite Axion Mass

• Takafumi Aoki (ICRR, the University of Tokyo)

Room: パナソニックホール Peccei-Quinn (PQ) mechanism is a prominent solution to the strong CP problem. In this mechanism, spontaneous breaking of an anomalous global symmetry (PQ symmetry) generates a pseudo-Nambu-Goldstone boson called axion, which is also a dark matter candidate. One problem for PQ mechanism is that Planck-suppressed operators which explicitly violate PQ symmetry can easily generate non-zero effective theta angle exceeding the experimental limit. This issue is known as the axion quality problem. To avoid this problem, several models with higher-energy dynamics are proposed. Among them are composite axion models, in which PQ symmetry is spontaneously broken by hidden strong dynamics in high-energy, resulting in the axion emerging as a composite state. In models with such high-energy dynamics, calculating the axion mass solely within QCD may be insufficient, since small instantons in higher-energy dynamics could, in principle, enhance the axion mass. However, in my presentation, I will explain that in some specific composite axion models addressing the quality problem, small instantons do not enhance the axion mass, even in cases where the axion mass enhancement seems possible naively. This talk is based on 2404.19342 [hep-ph]

複数の物理スケールのあるプロセスに配慮した深層学習模型

• MIHOKO NOJIRI (KEK)

Room: パナソニックホール 素粒子反応では、ハードな物理プロセスのクオーク・グルーオン、そこから始まるパートンシャワー、さらにハドロンの形成など、TeVスケールから1GeVスケールまでの異なる物理ブロセスが複合します。このような物理プロセスを解析する深層学習模型として、言語モデルの中核をなすアテンション機構の一種であるクロスアテンション模型を考案しました。この模型は、効率の良いジェットの分類や、複数の高エネルギーのヒッグス・ゲージ粒子のふくまれるイベントに対して高い効率をあげるだけでなく、物理情報を引き出す面でも有力であることを示します。arXiv 2404.14677, 2401.00452

タウレプトンの物理~近年の実験の進展状況~

• Kiyoshi Hayasaka

Room: パナソニックホール レプトンユニバーサリティの破れをはじめとして、レプトンをカギとした素粒子標準模型の「綻び」の探索に注目が集まっている。2019年より本格稼働を開始したBelle II実験からも「綻び」の徴候を示す興味深い結果が報告され始めている。本講演ではタウレプトンを中心とした最近の実験の進展状況を、特にBelle II実験の結果にフォーカスをあてて、非専門家に向けたレビューを交えて紹介する。

Non-invertible flavor symmetries in magnetized extra dimensions

• Hajime Otsuka

Room: パナソニックホール In this talk, we discuss non-invertible symmetries in orbifold compactifications of higher dimensional Yang-Mills theory with magnetic fluxes. Specifically, we present fusion algebras of discrete isometry operators, which are invariant under the $\mathbb{Z}_N$ orbifold twist and their representations explicitly on zero-mode wave functions. These zero-modes may correspond to generations of quarks and leptons in four- dimensional low-energy effective field theory. Hence, our finding non-invertible symmetries correspond to a kind of flavor symmetries among quarks and leptons.

テンソルネットワークの進展

• Shinji Takeda

Room: パナソニックホール テンソルネットワークは量子多体系の波動関数の表現法として、あるいは、場の理論の経路積分を直接評価する時にも使用される数値計算ツールの一つである。本講演では、特に後者の場合について詳しく解説する。講演の前半では、入門編としてテンソルネットワーク法の基本的な事柄を説明する。後半では素粒子論分野におけるテンソルネットワーク法の最近の進展を概観し、いくつかの応用的なトピックを紹介する。具体例として、テンソルネットワークを使ったエンタングルメントエントロピーの計算やスペクトロスコピー、そして、粗視化アルゴリズムの最近の発展などを解説する予定である。

Grassmann Tensor Renormalization Group for two-flavor Schwinger model with a theta term

• Hayato Kanno (RIKEN BNL Research Center)

Room: パナソニックホール QCDの計算はこれまでモンテカルロ法により行われてきたが、モンテカルロ法には符号問題により計算が困難な系があることが知られている。そのような系に対し、テンソルネットワーク法は有力な手法である。特に、テンソル繰り込み群(TRG)は高次元にも適用可能な手法として注目されている。 Schwinger模型(2次元QED)は4次元QCDのトイ模型として知られ、カイラル対称性や$\theta$項など、互いに似た性質を持つ。 本研究では、$N_f=2$ Schwinger模型に対し、自由エネルギーの$\theta$依存性を数値的に調べた。TRGを用いた数値計算を行い、$\theta$の$2\pi$周期性が明白な結果を得た。また、フェルミオンの質量が大きい極限と小さい極限で、それぞれ解析解との整合性を確認した。

特異点まわりの巻き付きによるオービフォールド模型への制限

• Hiroki Imai (Osaka Metropolitan University)

Room: パナソニックホール 磁束のかかった2次元オービフォールドを余剰次元とする6次元理論を考える。オービフォールドには特異点が存在し、ゼロモード関数は特異点まわりの巻き付きにより分類されることがわかっている。本講演では左手型・右手型フェルミオンを導入し、湯川結合と整合する特異点まわりの巻き付きパターンを図で説明する。本発表は丸信人氏との共同研究[arXiv:2311.10324][1]に基づく。 [1]: https://arxiv.org/abs/2311.10324

New Vacuum Solutions and Black Strings in the 4D Standard Model

• Hayate Kimura (The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI))

Room: パナソニックホール A previous study suggested that by considering the Casimir energy of massless particles and neutrinos in the 4D Standard Model, a stable vacuum solution with one spatial dimension compactly rounded can appear. This compact spacetime is reproduced in the vicinity of the blackstring horizon in 4D spacetime, and we show that such a blackstring solution can actually be constructed by using numerical calculations in this study. Future prospects are also discussed.

Geometric conservation in curved spacetime and entropy

• Sinya Aoki (Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University)

Room: パナソニックホール We provide an improved definition of new conserved quantities derived from the energy-momentum tensor in curved spacetime by introducing an additional scalar function. We find that the conserved current and the associated conserved charge become geometric under a certain initial condition of the scalar function, and show that such a conserved geometric current generally exists in curved spacetime. Furthermore, we demonstrate that the geometric conserved current agrees with the entropy current for the perfect fluid, thus the conserved charge is the total entropy of the system. While the geometric charge can be regarded as the entropy for non-dissipative fluid, its physical meaning should be investigated for more general cases.

Searching for Lepton Flavor Violation

• Kaori Fuyuto (LANL)

Room: パナソニックホール I will discuss various constraints on lepton-flavor violating interactions based on a model-independent framework.

将来レプトンビームダンプ実験によるレプトンフレーバーを破る相互作用の探索

• Kento Asai (ICRR, the University of Tokyo)

Room: パナソニックホール 本講演では、軽くて標準模型レプトンと非常に弱い相互作用をするボゾンを介した荷電レプトンフレーバーの破れた相互作用（CLFV相互作用）の、将来のレプトンビームダンプ実験による検出可能性について議論する。CLFV相互作用に対する将来の電子やミューオンビームを用いたビームダンプ実験での感度を計算し、模型のパラメータ空間の広い領域を探索できることを示す。特に将来レプトンビームダンプ実験は、$\mu \to e \gamma$のようなミューオンのCLFV崩壊の探索実験では探れないような非常に小さな結合領域に対して感度を持ち、ビームダンプで生成された標準模型を超えた軽いボゾンのCLFV崩壊（$\phi \to e \mu$）を検出できる可能性があることを明らかにした。

Bayesian Exploration of Froggatt-Nielsen Mechanism

• Keiichi Watanabe (ICRR, U. Tokyo)

Room: パナソニックホール The Froggatt-Nielsen (FN) mechanism is a compelling explanation for the hierarchical structures observed in the Yukawa couplings of fermions. In this mechanism, the above structures are realized by imposing different U(1) charges for each generation of fermions under a new U(1) flavor symmetry. So far, several FN charge assignments have been proposed in the literature where the charge assignments have typically been determined in a heuristic way. However, it is difficult to quantitatively determine which FN charge assignment is ``good.'' Besides, only a limited number of FN charge possibilities have been discussed. In this talk, we discuss the selection of phenomenologically valid FN charges within the Standard Model, considering both the seesaw mechanism and effective dimension-five operators for the neutrino masses. We adopt Bayesian statistics in our method to conduct a thorough examination of FN charge assignments.

余剰次元ゲージ理論における宇宙ひもの相互作用

• Yukihiro Kanda (E-lab, Nagoya University)

Room: パナソニックホール 近年の重力波観測の結果を受け、ワインボトル型ポテンシャルによる$U(1)$対称性の破れで形成される宇宙ひも(ANO string)のみならず、それ以外の種類の宇宙ひもの特性についても研究の必要性が増している。我々はその1例として、コンパクト化された余剰次元をもつゲージ理論において、細谷機構により$U(1)$対称性が破れた場合に形成される宇宙ひもとその相互作用について調べた。我々は、スカラーポテンシャルがワインボトル型から変化することにより、宇宙ひもが特定の距離だけ離れた状態が最安定になるという、ANO stringには無い特性を示すことを明らかにした。一方で、この性質は余剰次元ゲージ理論から予言されるパラメータ領域では顕著にならないことも明らかにした。また、この結果はColeman-Weinberg ポテンシャルでの宇宙ひもに関する先行研究の結果と比較することで、スカラーポテンシャルの変化による宇宙ひも間の相互作用の変化への理解を深めるものでもある。

Revisiting Metastable Cosmic String Breaking

• Akifumi Chitose (ICRR, the University of Tokyo)

Room: パナソニックホール Metastable cosmic strings are gathering attention as potential progenitors of stochastic gravitational wave background. They result from a two-step symmetry breaking $G\to H\to 1$ with $\pi_1(H)\ne 0$ and $\pi_1(G)=0$, and decay via internal monopole-antimonopole pair creation. Conventionally, the breaking rate has been estimated by an infinitely thin string approximation, which requires a large hierarchy between the symmetry breaking scales. We numerically constructed a tunneling path and thus obtained a robust lower limit on the tunneling factor $e^{-S}$ even for mild scale hierarchy. In particular, it is relevant to the cosmic string interpretation of the gravitational wave signals recently reported by pulsar timing array experiments.

ニュートリノ実験の現状と展望

• Tatsuya Kikawa (Kyoto University)

Room: パナソニックホール TBA

QCD θ項の2-loop輻射補正

• Tatsuya Banno (Nagoya University)

Room: パナソニックホール QCD $\theta$項の輻射補正は、主に藤川の方法などを用いて、輻射補正込みのクォーク質量の複素位相で評価されている。我々は、CP対称性を破る湯川結合を持つ模型を用いて、Feynman図の直接計算によってQCD $\theta$項への輻射補正を2-loopレベルで評価した。本発表では、このFeynman図を用いる方法が低エネルギースケールでは有効場の理論の方法と整合し、クォーク質量の位相以外の寄与も含むことを示す。また、$\theta$を評価する上で、従来の藤川の方法では不十分な場合があることも示す。本発表はJHEP 02 (2024) 195に基づく。

トレース保存則を用いたオービフォールド高次元ゲージ理論における境界条件の完全な分類

• Kota Takeuchi (Hiroshima university)

Room: パナソニックホール コンパクト空間をもつ高次元ゲージ理論では境界条件に無数の選択肢が存在し、境界条件の選択により実現される物理が異なる。これは高次元理論の豊かさを表す一方で境界条件に恣意性があることを意味する。境界条件の任意性問題は説得力のある統一理論を構成する上で重大な障害になっている。 　いくつかの境界条件はゲージ変換で結びつき、物理的に等価な同値類を構成する。我々は$S^1/Z_2$及び$T^2/Z_m$ $(m=2,3,4,6)$オービフォールド上のSU(N)及びU(N)ゲージ理論において「トレース保存則」という強力な必要条件を用いることで同値類の分類を完成させ、同値類の個数の正確な導出に初めて成功した。本発表では同値類の新たな分類手法とその結果について報告する。

Low energy limit from high energy expansion in mass gapped theory

• Hiromasa Takaura (YITP)

Room: パナソニックホール QCDをはじめとする漸近自由な理論では、高エネルギー展開が系統的に計算可能なのに対して、低エネルギーで起こる多彩な現象の理論的解析は強結合のために困難となる。特に高エネルギー領域と低エネルギー領域が解析的に分断されている点が大きな障壁の一つになっている。このトークでは逆ラプラス変換を施すことで、２つの領域を解析的に繋げ、物理量の低エネルギー極限を高エネルギー展開に基づいて計算する手法を提示する。特に可解模型である２次元のO(N)非線形シグマモデルでこの手法を適用し、相関関数の低エネルギー極限が高エネルギー展開から引き出せることを示す。

Introduction to the Feynman Diagram gauge

• Kaoru Hagiwara

Room: パナソニックホール TBA