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 • 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 = 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!

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) Tylko superpartnerzy znanych cząstek i minimalny sektor Higgsa • Jedyna symetria, która pozwala na istnienie naturalnie lekkich (M << /2 ) pól skalarnych w ramach perturbacyjnej teorii • 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. 2 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) Cząstki o spinie 1 (tzw. W’ i Z’) oraz ciężkie kwarki o masie ok. 1 TeV w LHC

13. Dodatkowe wymiary: bozon Higgsa składową pola cechowania żyjącego 4+n wymiarach; masywne (1 TeV) kopie znanych cząstek w LHC (tzw. mody Kaluzy-Kleina) Inne pomysły 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. charged DM Co w trawie piszczy? Niepokojące wnioski z niskoenergetycznych doświadczeń: oprócz cząstki Higgsa nie widać nic!

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