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Uno sguardo oltre il MS Vincenzo Caracciolo Università degli Studi dell’Aquila ??

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Presentazione sul tema: "Uno sguardo oltre il MS Vincenzo Caracciolo Università degli Studi dell’Aquila ??"— Transcript della presentazione:

1 Uno sguardo oltre il MS Vincenzo Caracciolo Università degli Studi dell’Aquila ??

2 Il Modello Standard (MS) Il MS è una Teoria di Campo Quantizzata Lorentz invariante Perché è un modello? Quali fenomeni descrive? Come è costruito ? (Formalismo lagrangiano) Introduzione Come interpretiamo i fenomeni che ci circondano? Particelle elementari

3 Il Modello Standard 1.Settore Materia  fermioni 2.Settore dei bosoni mediatori  mediatori delle interazioni fondamentali 3.Settore della rottura spontanea della simmetria  meccanismo per generare lo spettro di massa dei fermioni e dei bosoni Di cosa è fatto il mondo? Carica elettrica 0 2/3 -1/3 Carica elettrica Spin 1/2 Spin 1

4 Il Modello Standard Si dice che una simmetria è rotta quando la lagrangiana non è più simmetrica rispetto a tale simmetrie. Invece la rottura spontane della simmetria si manifesta quando è solo lo stato di vuoto, cioè quello di minima energia, a perdere una data simmetria. La simmetria di gauge non è compatibile con un termine di massa esplicitamente presente nella lagrangiana del MS. Per superare il problema si fa uso del meccanismo della rottura spontanea della simmetria. La scelta minimale per tale meccanismo consiste nel postulare l’esistenza di una nuova particella, chiamata particella di Higgs in onore del suo ideatore Tutto da dimostrare!

5 Il Modello Standard La lagrangiana del MS si basa sul gruppo di simmetria SU c (3)  SU L (2)  U Y (1). Cromodinamica quantistica Interazione elettrodebole 1.E’ invariante per trasformazioni locali di gauge  interazioni 2.E’ invariante per trasformazioni di simmetria che permettono la conservazioni di grandezze rilevanti (Teorema di Noether)

6 Limiti del Modello Standard  Schema dei gruppi e rappresentazioni dei campi del tutto arbitrari  Perché l’interazione forte conserva la parità e non quella debole  Perché la terza famiglia leptonica è più pesante della seconda e questa della prima  Perché le costanti di interazioni sono così diverse  Perché i leptoni hanno carica unitaria e i quark hanno carica frazionaria  Perché alle costanti di accoppiamento di Yukawa non è associata alcuna forza  18 (o forse 25) parametri della teoria del tutto arbitrari  Come spiegare l’assenza di antimateria nell’universo  Il neutrino ha massa? quali peculiarità ha?  Quale è la natura della materia oscura La presenza di piccole differenze tra i parametri liberi è il sintomo dell’esistenza di dinamiche nascoste? Questioni aperte E’ una teoria completa?

7 Limiti del Modello Standard Le costanti di accoppiamento sono molto diverse a basse energie, ma tendono a diventare simili all’aumentare dell’energia. Costante1 GeV100 GeV g3g3 ~3~1.2 g2g2 ~0.01~0.4 g1g1 ~0.2~0.3 g i -2 (  ) = g i -2 (   )-b i /(8  2 )ln(   ) Esiste una unica costante di accoppiamento? A quale scala di energia? GUT ? Questioni aperte

8 C’è qualche cosa oltre il MS? particelle supersimmetriche ? Higgs ? unificazione E.W E (GeV) e  cb W t Come studiare la nuova fisica? ?

9 Il decadimento del protone Perché il protone è ritenuta una particella stabile? Una violazione del numero barionico implica una necessaria violazione del numero leptonico Decadimento del nucleone  B=-1 implica una violazione del numero leptonico! L’idea è di descrivere tali processi tramite dei termini di una teoria di campo effettiva Perché si parla di lagrangiana effettiva? Ricorda il procedimento logico seguito da Fermi per lo studio dell’interazione debole L = numero leptonico B = numero barinico

10 Il decadimento del protone Chi è  X ? Chi M X ? Se  X ~1/137 allora M x ~ GeV Può esistere una relazione con le costanti di accoppiamento di Yukawa? Per migliorare le stime dimensionali occorre inserire il fenomeno in una teoria organica, ad esempio una GUT Occorre considerare: Evoluzione delle costanti di accoppiamento Elemento della matrice adronica (adroni=particelle soggette all’interazione forte, es. quark) Scrivere nel dettaglio una teoria completa Limite exp

11 Quale gut? Il caso di G GUT =SU(5) Piccole differenze… c’è altro? Ricordate come evolvono le costanti di accoppiamento? Energia

12 Supersimmetria IPOTESI: Per ogni particella del modello standard esiste un partner supersimmetrico in modo che ad un bosone corrisponda un fermione e viceversa. Le nuove particelle sono chiamate quark  squark, elettrone  selettrone, pione  spione, fotone  fotino... Perché possono risolvere il problema? g i -2 (  ) = g i -2 (   )-b i /(8  2 )ln(   )  function MS  function SUSY

13 Ggut  MSSM MS supersimmetrico minimale M x ~10 16 GeV  x -1 ~ 20 E

14 Esistenza di un fondo irriducibile Esistono vari canali di decadimento ad esempio: p  e +  0 t >10 33 anni p  K + anti- t >10 32 anni P   + anti- t >10 31 anni n  e - k + t >10 31 anni Questi sono favoriti in alcune teorie di grande unificazione piuttosto che in altre. Ad esempio, i decadimenti con i K sono favoriti negli accoppiamenti di Yukawa in teorie SuperSimmetriche. Ma quanto grandi? H 2 0 Ar ~10Kton Ma l’efficienza di rivelazione? Tecnica di identificazione delle particelle Considerazioni sperimentali Materia/antimateria p  e +  0 anti-p  e -   bassa probabilità di decadere = grande vita media  universo ~10 10 anni RIVELATORE DI GRAMDE DIMENSIONE

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16 Dove è finita l’antimateria? Se p  e +  0 è più lenta di anti-p  e -   (= violazione CP) allora potrebbe spiegare un eccesso di materia su antimateria

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18 Limiti del Modello Standard Quanti sono i parametri liberi della teoria? 3 costanti di accoppiamento  del potenziale del campo scalare 6 costanti di Yukawa per i quark 3 angoli della matrice CKM e una fase CP 3 costanti di Yukawa per la massa dei leptoni carichi (oppure 3 costanti di accoppiamento di Yukawa per i neutrini e 3 angoli di mescolamento e una fase CP) 18 (o 25) PARAMETRI LIBERI !! Questioni aperte

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20 Ms approssimazione …. Gut …. Quali esperimenti? …. ? GravitàFortedebolee.m. elettrodebole GUT M

21 Tuttavia l’esistenza della SuperSimmetria prevede altri canali di decadimento legati agli accoppiamenti di yukawa in teorie di GUT Canalid di decadimento superisimmetrici

22 Y = Q - I 3 -1/2

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24  >1/n


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