Fizyka cząstek elementarnych i oddziaływań podstawowych

Transkrypt

1 Fizyka cząstek elementarnych i oziaływań postawowych Wykła 14 Poza moel stanarowy Jerzy Kraśkiewicz

2 Oscylacje netrin W minimalnym MS netrina są bezmasowe. Obecnie wykryto, Ŝe netrina mają masę! Oscylacje pomięzy zapachami netrin (e.g. ν ν e µ ) wystąpią, jeśli 1) róŝne zapachy netrin mają róŝną masę 2) słabe oziaływania nie są iagonalne w bazie masy (jak la kwarków) 2-zapachowe prawopoobieństwo przejścia: P(νµ νe Kąt mieszania ;L) =sin 2 RóŜnica mas [ev] 2θ sin 2 ( m E 2 L ) Dłgość rogi [km] Energia [GeV]

3 Netrino Sytacja eksperymentalna : Słoneczne ν: Zmiana zapach z ν e na ν µ lb ν τ Atmosferyczne ν: Znikanie ν µ najprawopooobniej na ν τ Interpretacja anych w ramach MS: m 2 jest rzę ev 2 (ale nie aje nam masy) kąty mieszania są większe niŝ w sektorze kwarkowym Program la eksperymentów : Wiele eksperymentów stawionych na obserwację ν słonecznych, atmosferycznych, kosmicznych, z Sper Nowej Dłgo zasięgowe eksperymenty ziemskie oscylacje ν Fabryki netrin Polepszenie pomiar masy netrina

4 Otwarte pytania Moel Stanarowy Ską pochozi masa cząstek? Czy istnieje cząstka Higgsa? Dlaczego występją tylko 3 generacje? Jaką masę mają netrina i laczego tak małą? Jaka jest natra łamania symetrii CP? Czy swobony proton moŝe się rozpaść? Czy cząstki fnamentalne mają strktrę? Wielka nifikacja Czy siły nifikją się i przy jakiej energii? Dlaczego grawitacja jest tak omienna? Czy grawitację moŝna połączyć z pozostałymi siłami? Czy istnieją nowe siły?

5 Otwarte pytania Nowe symetrie i strktra czasoprzestrzeni Czy istnieje w przyrozie spersymetria bozony-fermiony? Czy istnieją oatkowe wymiary? spergrawitacja, strny? Jaka jest kwantowa teoria grawitacja?

6 Otwarte pytania Dla r < R, grawitacja spełnia prawo Newtona w 4 + δ wymiarach: V( r) = G S r δ + 1 Jeśli np. R ~ O(100 µm) an δ = 2 Grawitacja mogłaby być wioczna w zerzeniach o energii rzę TeV!

7 Otwarte pytania Czy MS jest ostateczną teorią? mechanizm Higgsa jest najsłabszą częścią MS: -- mechanizm a hoc -- problem opasowania poprawek raiacyjnych H H Jeśli chcemy, aby teoria obowiązywała aŝ o GeV, wtey msimy mieć gigantyczne kasowania mięzy poprawkami o masy wyŝszych rzęów oraz masą najniŝszego rzę w cel zyskania masy cząstki Higgsa nie większej o 1 TeV

8 Symetria SU(5) Grpy U(1), SU(2) i SU(3) są pogrpami ogólniejszej grpy SU(5) 1974 Georgi, Glashow Postawowe reprezentacje 5 i 10 zawierają zarówno leptony i kwarki jenej generacji r b g g r g b b b g r r g b r g b r g b r e e e e ν

9 Symetria SU(5) 24 bozony cechowania: foton, W +, W -, Z 0, 8 glonów 6 leptokwarków 1 Q = 3 (Y r, Y b, Y g ) 4 Q = (X 3 r, X b, X g ) 6 antyleptokwarków Leptokwarki zamieniają leptony w kwarki i vice versa

10 Rozpa proton w SU(5) Leptokwarki nie zachowją liczby leptonowej L, ale zachowją L-B Mogą zajść procesy rozpa: p 0 e + +π X e + p ν e + π + Y ν e SU(5) przewije czas Ŝycia τ 30 1 =10 ± lat Eksperyment (Sper Kamiokane) ogranicza: Moel SU(5) wyklczony! τ > lat

11 Spersymetria SUSY KaŜy bozon ma spersymetrycznego partnera fermionowego KaŜy fermion ma spersymetrycznego partnera bozonowego Cząstki i ich sperpartnerzy mają takie same masy i stałe sprzęŝenia Masy cząstek SUSY > 100 GeV Dotychczas nie znaleziono spersymetrycznych partnerów zwykłych cząstek Nowa mltiplikatywna, zachowana liczba kwantowa R R(cząstka) = +1, R(spercząstka) = 1 wniosek 1 prokcja spercząstek tylko parami ~ ~ a + b a + b R = ( + 1) ( + 1) = ( 1) ( 1) wniosek 2 najlŝejsza cząstka SUSY (LSP) powinna być stabilna

12 Spersymetria Grawitacja Grawitacja Wielka Unifikacja Grawiton Grawitono Wielka Unifikacja Silne spin=2 spin=3/2 Silne Kwark Glon Glino Skwark 1/2 1 1/2 0 Elektrosłabe Sper Elektrosłabe 1/2 Lepton W, Z Higgs Foton Fotino Wino Zino Higgsino 1 1 1/2 1/2 0 Slepton

13 Spersymetria Hipotezy: LSP jest kanyatem na cząstki Ciemnej Materii LSP powstały w trakcie Wielkiego Wybch i wypełniają współczesny Wszechświat LSP oziałją tylko grawitacyjnie (brak oznak w innych oziaływaniach) Kanyatem na LSP są: grawitino i netralino (sperpozycja fotina, zina i higgsina)

14 MSSM Najpoplarniejszym moelem z sypersymetrią jest Minimalny Spersymetryczny Moel Stanarowy BieŜące stałe sprzęŝenia SM MSSM Energia [GeV] Brak nifikacji przy Ŝych energiach brak zbiegania się o pnkt Energia [GeV] Stałe sprzęŝenia zbiegają się w skali GUT (teoria wielkiej nifikacji)

15 Elektryczność Maxwell Magnetyzm Siły jąrowe słabe Fermi Siły jąrowe silne Elektromagnetyzm Weinberg Oziaływania elektrosłabe Moel Stanarowy EW QCD Unifikacja sił Wielka nifikacja SUSY Rthefor Ykawa Sper strny? Galilesz Ziemska Niebieska Kepler Newton Grawitacja Einstain Grawitacja kwantowa?

16