Co odkryje akcelerator LHC ?

Prezentacja na temat: "Co odkryje akcelerator LHC ?"— Zapis prezentacji:

1 Co odkryje akcelerator LHC ?
AA Wszystkie dodatkowe informacje wstaw tutaj

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

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

4 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)

5 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

6 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 = 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!

7 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!

8 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

9 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)

10 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

11 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...)

12 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

13 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

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

15 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

16 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

17 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