Fizyka cząstek V

Fizyka cząstek 5: Co dalej?
Brakujące wątki
Perspektywy
Astrocząstki
Brakujące ogniwo
Przypomnienie: brakujący bozon Higgsa!
Oczekiwania: nietrwały, sprzężenie najsilniejsze do
najcięższych cząstek. Ważny wybór procesu.
1. Brak
jasnej
LEPII
e+e− →
" Z 0 "ewidencji
→ Z 0 H 0 z→
ll ll ,(2000:
ll jj E ≤ 208 GeV;
sugestia: mH ≈ 115 GeV?), eksperyment przerwany przez
początek budowy LHC w tunelu LEP.
2. LHC? Dla pp→HX wielkie tło; wybór rozpadu?
Jeśli mH > 2mZ, dość łatwe rozpady WW, ZZ –wykluczone.
Poniżej: b¯b, γγ (0.1%), (Z*Z*→4l). Potrzebne10-100 fb-1!
XII ’11: ATLAS + CMS 5 fb-1 sugestia mH≈125 GeV!
Wielka unifikacja (GUT)?
Jak wiemy, gs maleje z Q2, a g i g’ z GSW rosną (jak α w
QED). Można ocenić, że przy Q2≈Λ2= (1015GeV/c)2
wszystkie równe: „wielka unifikacja”.
Najprostsza teoria unifikacji: SU(5); jej podgrupy to SU(3) i
SU(2)×U(1). Kwintety np. (dr,db,dg,e+,ν¯e), oprócz γ, g, W, Z
nowe bozony: X, Y o m≈1015GeV. Gratis: związek
qp=qd+2qu=-qe; wyjaśnienie małości mν≈ml2/mX. Ale
sin2ΘW≈0.214< sin2ΘWexp≈0.22; także τp≈mX4c2/gU4mp3≈1030y
za mały (przy tym równość gs ,g, g’ dla Q2=Λ2 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?
1. Alternatywa Higgsa: technikolor
2.Prawie zapomniane - preony, rishony
1.Zamiast cząstki „kondensat” par ciężkich „technikwarków”
(wiele wersji, różne kłopoty, może z SUSY?)
2.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”
Przypomnienie: neutrina kosmiczne.
Oprócz „słonecznych”, „supernowych” i „atmosferycznych”
są „tła 1.8K”, czyli poniżej meV (NR). Nierejestrowalne,
chyba że z „ultrawysokich energii”.
Dla mν≈0.1eV/c2 proces ν¯ν→Z0 przy E0≈1023eV. Jeśli są
ν o energiach tego rzędu, przy E0 oczekiwane minimum!
Inna możliwość: zakłócenie rozpadów β (zakaz Pauli’ego)?
Inne sugestie: dalsze rodziny, ν sterylne?
Fizyka astrocząstek 2: Ciemna materia
Z zależności prędkości gwiazd od odległości od centrum
galaktyk wiadomo, że poza materią „świecącą” 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. Powinny być
słabo oddziałujące i neutralne jak ν, aby nie wiązały się
(„WIMP” - weakly interacting massive particles).
„Najlżejsi superpartnerzy” („neutralina”) jako „zimna ciemna
materia” (ν to „gorąca”).
Analiza 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 108 fotonów)
tylko to zostało! Nadal drobne kłopoty l/B.
Podsumowanie
Model standardowy zgodny z wszystkimi danymi, ale
• wiele swobodnych parametrów, dowolność,
• niekompletny (Higgs), 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!”