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Stimando le masse delle particelle: dal top, via bosone di Higgs, fino alla supersimmetria Un cammino condiviso con Gianluigi.

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Presentazione sul tema: "Stimando le masse delle particelle: dal top, via bosone di Higgs, fino alla supersimmetria Un cammino condiviso con Gianluigi."— Transcript della presentazione:

1 Stimando le masse delle particelle: dal top, via bosone di Higgs, fino alla supersimmetria Un cammino condiviso con Gianluigi

2 Una tendenza storica dei fisici delle particelle … Quando incontriamo un mistero che non possiamo risolvere con i modelli attuali Inventiamo una nuova particella, talvolta molte! Un primo esempio: Einstein ha proposto il fotone per capire leffetto fotoelettrico

3 Un esempio famosissimo La famosa lettera aperta di Pauli Il nome neutrino inventato da Fermi Il secondo neutrino spiega perché μ no elettrone Torneremo più tardi alle oscillazioni e alle masse dei neutrini

4 Altri esempi importanti per il Modello Standard: i bosoni W, Z Intermediari dellinterazione debole Il W proposto da Yukawa – Inizialmente identificato con il pione – Poi scoperto nel primo esperimento di neutrini al CERN Perché questi errori? Perche i fisici non avevano una stima accurata della massa, o non ci credevano. Ecco limportanza di stimare bene le masse delle nuove particelle!

5 Un esempio riuscito Il quark charm postulato da Glashow, Iliopoulos e Maiani La massa stimata bene da Gaillard e Lee Implica m u << m c << m W Δm K implica m c ~ 1.5 GeV

6 Un esempio personale Il quark bottom postulato nel 1975 per accompagnare il leptone pesante tau La massa stimata nell ambito di una teoria della grande unificazione delle interazioni Chanowitz, JE e Gaillard: Making the SU(5) model completely natural, including in the Higgs sector, gives the prediction m d /m e ~ m s /m μ ~ m b /m τ = 2605 Avevo scritto a mano 2 to 5!

7 Il quark top: Una prima avventura con Gianluigi Il quark top postulato per accompagnare il quark bottom Molte stime teoriche sbagliate durante gli anni 1970/80 Qual è il limite superiore sulla sua massa? Una prima indicazione è venuta da uno studio delle correnti neutre Costa, JE, GLF, Nanopoulos e Zwirner: In the minimal standard model with ρ = 1 and equal Higgs and Z masses we find that m t < 168 GeV at the 90% confidence level. Il nostro primo lavoro non è stato troppo male!

8 Il quark top: Una stima raffinata con Gianluigi m t < 185 GeV variando m c Indicazioni su sin 2 θ W Commenti sulla sensibilità a m H

9 Il quark top: il ruolo della massa dello Z Una misura precisa della massa dello Z darebbe una indicazione importante della massa del top

10 Il quark top: dopo le prime misure di m Z con alta precisione Accordo con i dati a basse energie implica Una prima discussione di m H

11 Il bosone di Higgs: una seconda avventura con Gianluigi Cè bisogno di un bosone di Higgs (o qualcosa di simile) per dare le masse alle altre particelle L ultima componente del Modello Standard che ancora ci manca Le misure di alta precisione hanno poca sensibilità a m H … … ma danno una indicazione interessante

12 Le masse sono dovute al bosone di Higgs? (una particella chiave …) Newton: Il peso è proporzionale alla massa Einstein: Lenergia è equivalente alla massa Ma non hanno spiegato la massa! Alcune particelle hanno massa, altre no … Da dove vengono queste masse?

13 Come un campo di neve Con gli sci si corre molto velocemente: Come una particella senza massa ad es., un fotone = particella della luce Con le racchette da neve, si va più lentamente: come una particella con una massa ad es., un elettrone Con gli scarponi si affonda nella neve e si va molto lentamente: come una particella con una grande massa LHC cercherà il fiocco di neve: il bosone di Higgs

14 Stimando la massa del bosone di Higgs Le misure elettrodeboli sono sensibili alle correzioni quantistiche: Però la sensibilità alla massa del top è molto maggiore della sensibilità alla massa del bosone di Higgs: Tuttavia le misure al LEP ci davano una indicazione di un Higgs leggero ancora prima della scoperta del top

15 Primi tentativi negli anni 1990, 1991: Molto difficile prima della scoperta del top Stimando la Massa del bosone di Higgs

16 Dopo la scoperta del top: Solide indicazioni di un bosone di Higgs leggero Stimando la Massa del bosone di Higgs

17 Il limite inferiore dal LEP: m H > GeV Secondo i dati elettrodeboli: m H = –26 GeV un limite superiore: m H < 158 GeV, o 185 GeV includendo il limite diretto Il limite dal Tevatron: m H 173 GeV Il bosone di Higgs: lo stato attuale

18 La ricerca del bosone di Higgs al Tevatron Il Tevatron esclude un bosone di Higgs fra 158 & 173 GeV

19 Le prime ricerche ad LHC Un contributo significativo al fit globale

20 Combinando le informazioni sulla massa del bosone di Higgs m H = GeV

21 Una stanza senza finestre … … una porta da aprire Cosa cè fuori della stanza?

22 Extra-Dimensioni Supersimmetria Tecnicolor W, Z Buchi neri

23 Extra-Dimensioni Supersimmetria Tecnicolore Buchi neri W, Z

24 Un vuoto non stabile? Indicazioni contro un modello composito La supersimmetria? Fisica oltre il Modello Standard?

25 La supersimmetrica e la materia oscura ? La supersimmetria associa le particelle della materia alle particelle che trasportano le interazioni Può spiegare la scala delle masse delle particelle Può aiutare ad unificare le interazioni fondamentali La particella supersimmetrica più leggera sarebbe stabile e con una massa inferiore a 1000 GeV Avrebbe una densità simile a quella della materia oscura Da ricercare con gli esperimenti

26 La materia oscura nelluniverso Gli astrofisici ci dicono che la maggior parte della materia nelluniverso è invisibile: materia oscura Particelle supersimmetriche? Le cercheremo con lLHC

27 Indicazioni prima dellLHC La materia oscura avrebbe una carica eletromagnetica Vietata da b s Indicazioni (?) da g - 2 Se il neutralino fosse responsabile della materia oscura JE + Olive + Santoso + Spanos Indicazioni dalla densità della materia oscura

28 Fit globale delle masse supersimmetriche Approccio statistico Dati utilizzati: – Misure elettrodeboli di alta precisione – Limite sperimentale sulla massa del bosone di Higgs – La densità della materia oscura – Dati sui decadimenti b s, B s + - – g - 2 (forse) Combinando le densità di probabilità Analizzando i modelli supersimmetrici più semplici O.Buchmueller, JE et al: arXiv: , , , ,

29 Stimando le masse delle particelle supersimmetriche O.Buchmueller, JE et al: arXiv: Prima delLHC

30 Il progetto LHC al CERN Collisioni Protone-Protone 7 TeV +7 TeV 1,000,000,000 di collisioni ogni secondo Obiettivi scientifici: Lorigine della massa La materia oscura Il plasma primordiale L asimmetria fra materia ed antimateria 1 TeV = 1000 GeV ~ 1000 volte la massa del protone

31 Visione dinsieme di LHC e dei suoi esperimenti 100 m sotto terra 27 km di circonferenza

32

33 Un bosone di Higgs potrebbe apparire così

34 La materia oscura potrebbe apparire così Energia invisible portata via da particelle di materia oscura

35 35 20 novembre 2009: contentissimi!

36 Concentrazione, ansietà … … attesa e trepidazione

37 Se il neutralino fosse responsabile della materia oscura Indicazioni dopo i dati LHC 2010 CMS ATLAS 1 Lepton ATLAS 0 Lepton CMS MHT La materia oscura avrebbe una carica eletromagnetica Vietata da b s gamma Indicata (?) da g - 2 Indicazioni dalla densità della materia oscura

38 CMSSM O.Buchmueller, JE et al: in preparation Stimando le masse supersimmetriche Con i dati LHC 2010

39 CMSSM O.Buchmueller, JE et al: in preparation Stimando la massa del gluino Con i dati LHC 2010

40 NUHM1 O.Buchmueller, JE et al: in preparation Il processo raro B s μ + μ - ? Con i dati LHC 2010

41 Traiettoria dei fit nel CMSSM Come hanno evoluto i fit supersimmetrici? Qualè levoluzione possibile nel futuro? Vecchi punti di riferimento Fit prima delLHC sDopo LHC 2010 Dopo LHC 2011? Prima delLHC Se non cè la supersimmetria con 1 o 2/fb Se non cè la supersimmetria con 7/fb Limiti attuali

42 Torniamo ai neutrini Il lavoro attuale di Gianluigi, Eligio ed amici Aspettiamo con entusiasmo una nuova generazione di esperimenti

43 Conclusioni Impossibile! Stimare le masse delle particelle prima delle loro scoperte è un lavoro senza fine È un complemento essenziale alle ricerche sperimentali Aspettiamo con (im)pazienza le prossime scoperte delLHC Senza dubbio si aprirà un mondo nuovo!


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