Fizyka cząstek V: Co dalej? Perspektywy Astrocząstki

Wielka unifikacja (GUT)? Jak wiemy, g s maleje z Q 2, a g i g’ z GSW rosną (jak  w QED). Można ocenić, że przy Q 2 ≈  2 = (10 15 GeV/c) 2 wszystkie równe: „wielka unifikacja”. Najprostsza teoria unifikacji: SU(5); jej podgrupy to SU(3) i SU(2)×U(1). Kwintety np. (d r,d b,d g,e +, ¯ e ), oprócz , g, W, Z nowe bozony: X, Y o m≈10 15 GeV. Gratis: związek q p =q d +2q u =-q e ; wyjaśnienie małości m ≈m l 2 /m X. Ale sin 2  W ≈0.214< sin 2  W exp ≈0.22 ; także  p ≈m X 4 c 2 /g U 4 m p 3 ≈10 30 y za mały (przy tym równość g s,g, g’ dla Q 2 =  2 tylko przybliżona). Możliwe lekarstwo: inna grupa albo

Supersymetria Łączy bozony i fermiony: dla każdej znanej cząstki istnieje „superpartner” (bozon dla fermionu, f. dla b.). Wymaga istnienia nowych bozonów Higgsa (także naładowanych). Jeśli najlżejsi „superpartnerzy” to cząstki stabilne, mogą być „ciemną materią”. Zakładając ich masy rzędu mas W, Z można naprawić wszystkie wady „zwykłej” GUT. LHC – brak sygnałów.

Prawie zapomniane - preony, rishony Pozornie najprostsza kontynuacja historii: kwarki, leptony nieelementarne, jak przedtem hadrony? Wady: nieelementarna cząstka uwięziona? wszystkie znane q, l to stany podstawowe, ekonomia? oddziaływania: nowe bozony?

Naprawdę ambitne: 1. Superstruny, 2. Nowe wymiary. 1. Podstawowa zmiana teorii: obiekty elementarne liniowe, nie punktowe. Teoria konsystentna tylko w określonej liczbie wymiarów (26, potem 10). Redukcja do „widocznej” przestrzeni 3+1 niestety niejednoznaczna! Supersymetria? 2. Niezależnie od strun możliwość extra wymiarów. Jeśli „kompaktyfikacja” nie na długości Plancka, może widoczne w grawitacji? Modyfikacja prawa Newtona dla małych r? 3. Korespondencja AdS (superstruny w przestrzeni anty-de Sittera) – CFT (konforemna teoria pola)? Wyniki - plazma?

Fizyka „astrocząstek” 1: Neutrina kosmiczne Oprócz „słonecznych”, „supernowych” i „atmosferycznych” przewidywane istnienie neutrin „tła 1.8K”, czyli poniżej meV (NR). Nierejestrowalne, chyba że z „ultrawysokich energii”. Dla m ≈0.1eV/c 2 proces ¯ →Z 0 przy E 0 ≈10 23 eV. Jeśli są o energiach tego rzędu, przy E 0 oczekiwane minimum! Inna możliwość: zakłócenie rozpadów  (zakaz Pauli’ego)? Inne sugestie: dalsze rodziny, sterylne?

Poszukiwania neutrin wysokich energii: Ice Cube na biegunie południowym Ice Cube i widma neutrin z różnych źródeł; czerwona linia oznacza możliwości pomiaru

Fizyka astrocząstek 2: Ciemna materia Z zależności prędkości gwiazd od odległości od centrum galaktyk wiadomo, że poza materią „świecącą” (krzywa A wg. Keplera) grawitacja także od „ciemnej”. Nie obiekty zwarte, bo poszukiwania przez „mikrosoczewkowanie grawitacyjne” (metoda Paczyńskiego) wykazuje za mało takich obiektów np. w naszej Galaktyce. Nie neutrina, bo za lekkie.

Przykład efektu ciemnej materii: „bullet cluster” różowy rozkład materii z promieniowania X, niebieski rozkład masy

Fizyka astrocząstek, ciemna materia 2 Cząstki ciemnej materii powinny być słabo oddziałujące i neutralne jak, aby nie wiązały się („WIMP” - weakly interacting massive particles). Możliwość: „najlżejsi superpartnerzy” („neutralina”) jako „zimna ciemna materia” ( to „gorąca”). Analiza promieniowania tła i SN: masa to 30%, reszta to „ciemna energia” (?!).

Fizyka astrocząstek 3: Asymetria materia-antymateria? Sugestia z modelu Big-Bang: równa kreacja barionów i antybarionów; obserwowalny Wszechświat - bariony. Wyjaśnienie (Sacharow przed pół wiekiem): niezachowanie CP (odkryte Fitch, Cronin 1964), niezachowanie B (poszukiwane do dziś), nierównowagowy stan Wszechświata (jak w BB) powodują minimalną nadwyżkę barionów przy rozpadach; po anihilacji niemal wszystkich (dziś jeden na 10 8 fotonów) tylko to zostało! Nadal drobne kłopoty l/B.

Podsumowanie Model standardowy zgodny z wszystkimi danymi, ale wiele swobodnych parametrów, dowolność, niezadowalający matematycznie. Zatem wiele sugestii zmian! Odpowiedzi w LHC? Ważne sugestie z astrofizyki! Istotny postęp z rozwoju „astrocząstek”? Chińskie przekleństwo: „Obyś żył w ciekawych czasach!”