Co odkryje akcelerator LHC ?

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

• Okolo Miliard zdarzen na sekunde
• Okolo 1/miliard interesujacych

4
Cos musi byc!

• Odkryto masywne czastki 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 zalamuja sie przy
  skali ok. 4 p M
• W pelnej teorii masa musi brac sie z
  oddzialywania bozonów wektorowych z niosacym
  ladunek kondensatem (spontaniczne lamanie
  symetrii cechowania)
• Analogia z nadprzewodnictwem
• LHC odkryje zródlo mas bozonów W i Z! (czyli
  mechanizm lamania symetrii elektroslabej)

5
Model Standardowy-Mechanism Higgsa

• Niezerowa wartosc prózniowa fundamentalnego pola
  (dubletu) Higgsa w minimum potencjalu
• Masa bozonów W i Z pochodzi z oddzialywania z
  wypelniajacym caly wszechswiat naladowanym
  (wzgledem oddzialywan slabych) kondensatem pola
  Higgsa
• Wzbudzenia kondensatu - czastka skalarna (spin
  0) tzw. bozon Higgsa
• W MS masy elementarnych fermionów (elektronu,
  kwarków,...) takze pochodza z ich oddzialywania z
  kondensatem Higgsa

6
Czy juz widac bozon Higgsa?

• Dynamiczna próznia w QFT - wirtualne czastki
  stale kreowane i anihilowane
• Czastki zbyt ciezkie by moglyby byc wyprodukowane
  moga wplywac na wyniki niskoenergetycznych
  doswiadczen
• Np. masa bozonu W zalezy od istnienia i masy
  bozonu Higgsa
• Pomiar Mw 80.426?0.034 GeV (i inne pomiary) -
  bozon Higgsa istnieje i jego masa jest mniejsza
  niz 250 GeV
• Doswiadczenie LEP2 Mhiggs gt115 GeV
• LHC prawie na pewno odkryje bozon Higgsa!

7
Czy LHC znajdzie ciemna materie?

• ??0.25 gestosci krytycznej wszechswiata -pyl
  nieznanych, neutralnych (q0), niebarionowych,
  stabilnych czastek
• Dla nierelatywistycznych czastek, które byly w
  równowadze termodynamicznej z reszta kosmicznej
  plazmy
• Kandydat na CDM - stabilna, neutralna czastka
  anihilujaca z przekrojem czynnym
• Zadziwiajacy przypadek? Typowa stabilna czastka o
  masie 100 GeV lt M lt 1 TeV daje dobry rzad
  wielkosci ?
• LHC byc moze odkryje czastke, która stanowi
  wiekszosc masy wszechswiata!

8
Co jeszcze moze znalezc LHC?

• QFT nie lubi lekkich skalarów
• Efekty kwantowe generuja masy pól skalarnych
  rzedu g?/2?, gdzie ? jest skala obciecia teorii,
  a g jest stala sprzezenia
• W generycznej QFT istnienie skalara o masie Mltlt ?
  /2? wymaga kasowania miedzy parametrem masowym w
  lagrangianie i efektami kwantowymi (tzw.
  fine-tuning)
• Jesli nie akceptujemy fine-tuningu, potrzebne sa
  dodatkowe struktury, które zapewnia zmniejszenie
  poprawek kwantowych

9
Magiczne Slowo Symetria

• Fluktuacje kwantowe generuja wszystkie mozliwe
  efekty, chybe ze efekt ten jest zabroniony przez
  symetrie
• Np. lokalna symetria U(1) - zachowanie ladunku
  elektrycznego
• Przyblizone lub spontaniczne zlamane symetrie -
  poprawki kwantowe proporcjonalne do parametru
  lamiacego symetrie

• Symetrie strzegace mas czastek
• Symetrie lokalne - masy czastek wektorowych
  (spin 1)
• Symetrie chiralne - masy fermionów (spin 1/2)
  (symetrie dzialajace róznie na prawo i
  lewoskretne polaryzacje)
• Spontanicznie zlamane symetrie globalne - masy
  czastek skalarnych (spin 0) (bozony Goldstonea)

10
Supersymetria

• Reprezentacje supersymetrii lacza czastki o
  róznych spinach (np. skalary o spinie 0 i
  fermiony o spinie 1/2)
• W supersymetrii, równe masy wszystkich czastek w
  jednym multiplecie (z dokladnoscia do skali
  lamania supersymetrii Msusy)
• Masy fermionów chronione przez symetrie chiralne
  ? masy skalarów tez chronione

11
We ? SUSY

• Jedyna symetria, która pozwala na istnienie
  naturalnie lekkich (M ltlt ?/2? ) pól skalarnych w
  ramach perturbacyjnej teorii

Minimalna wersja (MSSM) Tylko superpartnerzy
znanych czastek i minimalny sektor Higgsa

• Lamanie symetrii elektroslabej, Mz ? Msusy
• Bozon Higgsa o masie Msusy ? Mz
• Superpartnerzy bozonu Z, fotonu i Higgsa
  kandydatami na ciemna materie
• Unifikacja stalych sprzezenia

LHC odkrylby superpartnerów znanych czastek
(fotino, zino, wino, selektron, stop, skwarki...)
12
Maly Higgs

• Nowe symetrie lokalne prowadzace do silnych
  oddzialywan przy skali f ok. 10 TeV (QCD bis aka
  Technikolor)
• Bozon Higgsa bozonem Goldstona, odpowiadajacym
  globalnej symetrii G spontanicznie zlamanej przez
  kondensaty technikolorowe
• Masa bozonu Higgsa chroniona przez spontanicznie
  zlamane symetrie, ?H f ? ? H
• Rozszerzenie symetrii MS o symetrie G poprzez
  wprowadzenie nowych czastek (nowych, ciezkich
  bozonów cechowania i nowych, ciezkich kwarków)

Czastki o spinie 1 (tzw. W i Z) oraz ciezkie
kwarki o masie ok. 1 TeV w LHC
13
Inne pomysly
Dodatkowe wymiary bozon Higgsa skladowa pola
cechowania zyjacego 4n wymiarach masywne (1
TeV) kopie znanych czastek w LHC (tzw. mody
Kaluzy-Kleina)
Modele BezHiggsowe bozon Higgsa nie istnieje,
nowe bozony cechowania ratuja unitarnosc
masywne (ok. 1 TeV) bozony cechowania W, Z i
brak Higgsa w LHC
Duze Dodatkowe Wymiary skala grawitacji ok. 1
TeV, QFT przestaje obowiazywac emisja grawitonów
w dodatkowe wymiary i czarne dziury w LHC
14
Co w trawie piszczy?

• Niepokojace wnioski z niskoenergetycznych
  doswiadczen oprócz czastki Higgsa nie widac nic!

15
Co jesli LHC odkryje bozon Higgsa i nic poza tym?
Prawdobodobna konkluzja

• Wielkosc Mz (skala elektroslaba) nie wynika z
  glebszej teorii
• W mikroswiecie (tak jak w makroswiecie) niektóre
  wielkosci fizyczne sa dzielem przypadku
• Przyroda moze miec inne poczucie estetyki!
  (analogia z przeszlosci model Keplera Ukladu
  Slonecznego)
• Olbrzymie konsekwencje dla metodologii badan
  oddzialywan fundamentalnych

16
Podwójna ochrona

• 09/2005 Berezhiani, Chankowski, AA, Pokorski -
  Supersymetryczny model rozszerzony o
  spontanicznie zlamane symetrie globalne
• Masa bozonu Higgsa chroniona podwójnie przez
  supersymetrie i globalne symetrie
  (Supersymetryczny Maly Higgs albo Little SUSY)
• Model przewiduje Mz ? Msusy/4p (a nie Mz ? Msusy
  jak MSSM)
• Ciezki kwark typu T (2/3) oraz superpartnerzy
  bozonów cechowania o masie nie wiekszej niz 1 TeV
  w LHC

17
Co odkryje LHC

• Na pewno zródlo mas bozonów W i Z, czyli
  mechanizm lamania symetrii elektroslabej
• Prawie na pewno lekka (M lt 250 GeV) czastke
  skalarna o spinie 0, czyli bozon Higgsa
• Byc moze nienaladowana, stabilna, slabo
  oddzialujaca czastke, czyli kandydata na ciemna
  materie
• Prawdobodobnie nowe symetrie przyrody i zwiazane
  z nimi nowe czastki
• Byc moze LHC zmieni na zawsze nasze rozumienie
  fizyki oddzialywan fundamentalnych