Co odkryje akcelerator LHC ? AA Wszystkie dodatkowe informacje wstaw tutaj

LEP/LEP2 - ok. 200 GeV CM TeVatron - ok. 2 TeV CM LHC - ok. 14 TeV CM ILC - ok. 1 TeV CM

Przekroje czynne w LHC aa Około Miliard zdarzeń na sekundę Około 1/miliard interesujących

Coś musi być! Odkryto masywne cząstki o spinie 1, tzw. bozony W i Z o masach ok. 80 GeV i 91 GeV QFT nie lubi masywnych pól wektorowych (potrzebna symetria cechowania) Teorie z wyrazem masowym M załamują się przy skali ok. 4 π M W pełnej teorii masa musi brać się z oddziaływania bozonów wektorowych z niosącym ładunek kondensatem (spontaniczne łamanie symetrii cechowania) Analogia z nadprzewodnictwem LHC odkryje źródło mas bozonów W i Z! (czyli mechanizm łamania symetrii elektrosłabej)

Model Standardowy-Mechanism Higgsa Niezerowa wartość próżniowa fundamentalnego pola (dubletu) Higgsa w minimum potencjału Masa bozonów W i Z pochodzi z oddziaływania z wypełniającym cały wszechświat naładowanym (względem oddziaływań słabych) kondensatem pola Higgsa Wzbudzenia kondensatu - cząstka skalarna (spin 0) tzw. bozon Higgsa W MS masy elementarnych fermionów (elektronu, kwarków,...) także pochodzą z ich oddziaływania z kondensatem Higgsa

Czy już widać bozon Higgsa? Dynamiczna próżnia w QFT - wirtualne cząstki stale kreowane i anihilowane Cząstki zbyt ciężkie by mogłyby być wyprodukowane mogą wpływać na wyniki niskoenergetycznych doświadczeń Np. masa bozonu W zależy od istnienia i masy bozonu Higgsa Pomiar Mw = 80.4260.034 GeV (i inne pomiary) - bozon Higgsa istnieje i jego masa jest mniejsza niż 250 GeV Doświadczenie LEP2: Mhiggs >115 GeV LHC prawie na pewno odkryje bozon Higgsa!

Czy LHC znajdzie ciemną materię? 0.25 gęstości krytycznej wszechświata -pył nieznanych, neutralnych (q=0), niebarionowych, stabilnych cząstek Dla nierelatywistycznych cząstek, które były w równowadze termodynamicznej z resztą kosmicznej plazmy: Kandydat na CDM - stabilna, neutralna cząstka anihilująca z przekrojem czynnym: Zadziwiający przypadek? Typowa stabilna cząstka o masie 100 GeV < M < 1 TeV daje dobry rząd wielkości  LHC być może odkryje cząstkę, która stanowi większość masy wszechświata!

Co jeszcze może znaleźć LHC? QFT nie lubi lekkich skalarów Efekty kwantowe generują masy pól skalarnych rzędu g/2, gdzie  jest skalą obcięcia teorii, a g jest stałą sprzężenia W generycznej QFT istnienie skalara o masie M<<  /2 wymaga kasowania między parametrem masowym w lagrangianie i efektami kwantowymi (tzw. fine-tuning) Jeśli nie akceptujemy fine-tuningu, potrzebne są dodatkowe struktury, które zapewnią zmniejszenie poprawek kwantowych

Magiczne Słowo: Symetria Fluktuacje kwantowe generują wszystkie możliwe efekty, chybe że efekt ten jest zabroniony przez symetrie Np. lokalna symetria U(1) - zachowanie ładunku elektrycznego Przybliżone lub spontaniczne złamane symetrie - poprawki kwantowe proporcjonalne do parametru łamiącego symetrię Symetrie strzegące mas cząstek: Symetrie lokalne - masy cząstek wektorowych (spin 1) Symetrie chiralne - masy fermionów (spin 1/2) (symetrie działające różnie na prawo i lewoskrętne polaryzacje) Spontanicznie złamane symetrie globalne - masy cząstek skalarnych (spin 0) (bozony Goldstone’a)

Supersymetria Reprezentacje supersymetrii łączą cząstki o różnych spinach (np. skalary o spinie 0 i fermiony o spinie 1/2) W supersymetrii, równe masy wszystkich cząstek w jednym multiplecie (z dokładnością do skali łamania supersymetrii Msusy) Masy fermionów chronione przez symetrie chiralne  masy skalarów też chronione

We  SUSY Minimalna wersja (MSSM) Jedyna symetria, która pozwala na istnienie naturalnie lekkich (M << /2 ) pól skalarnych w ramach perturbacyjnej teorii Minimalna wersja (MSSM) Tylko superpartnerzy znanych cząstek i minimalny sektor Higgsa Łamanie symetrii elektrosłabej, Mz  Msusy Bozon Higgsa o masie Msusy  Mz Superpartnerzy bozonu Z, fotonu i Higgsa kandydatami na ciemną materię Unifikacja stałych sprzężenia LHC odkryłby superpartnerów znanych cząstek (fotino, zino, wino, selektron, stop, skwarki...)

Mały Higgs Nowe symetrie lokalne prowadzące do silnych oddziaływań przy skali f ok. 10 TeV (QCD bis aka Technikolor) Bozon Higgsa bozonem Goldstona, odpowiadającym globalnej symetrii G spontanicznie złamanej przez kondensaty technikolorowe Masa bozonu Higgsa chroniona przez spontanicznie złamane symetrie, H = f   H Rozszerzenie symetrii MS o symetrię G poprzez wprowadzenie nowych cząstek (nowych, ciężkich bozonów cechowania i nowych, ciężkich kwarków) 2 Cząstki o spinie 1 (tzw. W’ i Z’) oraz ciężkie kwarki o masie ok. 1 TeV w LHC

Inne pomysły Dodatkowe wymiary: bozon Higgsa składową pola cechowania żyjącego 4+n wymiarach; masywne (1 TeV) kopie znanych cząstek w LHC (tzw. mody Kaluzy-Kleina) Modele BezHiggsowe: bozon Higgsa nie istnieje, nowe bozony cechowania ratują unitarność; masywne (ok. 1 TeV) bozony cechowania W’, Z’ i brak Higgsa w LHC Duże Dodatkowe Wymiary: skala grawitacji ok. 1 TeV, QFT przestaje obowiązywać; emisja grawitonów w dodatkowe wymiary i czarne dziury w LHC

Co w trawie piszczy? Niepokojące wnioski z niskoenergetycznych doświadczeń: oprócz cząstki Higgsa nie widać nic! charged DM

Co jeśli LHC odkryje bozon Higgsa i nic poza tym? Prawdobodobna konkluzja: Wielkość Mz (skala elektrosłaba) nie wynika z głębszej teorii W mikroświecie (tak jak w makroświecie) niektóre wielkości fizyczne są dziełem przypadku Przyroda może mieć inne poczucie estetyki! (analogia z przeszłości: model Keplera Układu Słonecznego) Olbrzymie konsekwencje dla metodologii badań oddziaływań fundamentalnych

Podwójna ochrona 09/2005: Berezhiani, Chankowski, AA, Pokorski - Supersymetryczny model rozszerzony o spontanicznie złamane symetrie globalne Masa bozonu Higgsa chroniona podwójnie: przez supersymetrie i globalne symetrie (Supersymetryczny Mały Higgs albo Little SUSY) Model przewiduje Mz  Msusy/4π (a nie Mz  Msusy jak MSSM) Ciężki kwark typu T (+2/3) oraz superpartnerzy bozonów cechowania o masie nie większej niż 1 TeV w LHC

Co odkryje LHC Na pewno: źródło mas bozonów W i Z, czyli mechanizm łamania symetrii elektrosłabej Prawie na pewno: lekką (M < 250 GeV) cząstkę skalarną o spinie 0, czyli bozon Higgsa Być może: nienaładowaną, stabilną, słabo oddziałującą cząstkę, czyli kandydata na ciemną materię Prawdobodobnie: nowe symetrie przyrody i związane z nimi nowe cząstki Być może: LHC zmieni na zawsze nasze rozumienie fizyki oddziaływań fundamentalnych