LA TERRA INCOGNITA DI LHC LA TERRA INCOGNITA DI LHC Antonio Masiero LIGNOTO LHC SPICCA IL SALTO VERSO LIGNOTO PADOVA, 19 GENNAIO 2010.

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1 LA TERRA INCOGNITA DI LHC LA TERRA INCOGNITA DI LHC Antonio Masiero LIGNOTO LHC SPICCA IL SALTO VERSO LIGNOTO PADOVA, 19 GENNAIO 2010

2 DOMANDE FONDAMENTALI SULLA MATERIA: ESISTE LELEMENTARE? ESISTE UNUNITA DI FONDO? Di che cosa e fatta la materia dellUniverso ? Scomponendola in parti sempre piu piccole, e possibile arrivare ai mattoni fondamentali della materia ( particelle di materia che non sono divisibili e che non hanno struttura)? Quali sono le forze ( interazioni) che agiscono sulla materia? Esiste una UNIFICAZIONE delle forze per cui la varieta delle interazioni discende da ununica interazione fondamentale?

3 LHC LA CONOSCENZA DEL FONDAMENTALE LHC

4 Terra Incognita perche Non sappiamo se esista una particella elementare da identificare con il BOSONE di HIGGS Non sappiamo quale NUOVA FISICA oltre il Modello Standard esista Non sappiamo dove ( cioe a quale scala di energia) tale Nuova Fisica possa apparire sotto forma di nuove particelle e interazioni Non sappiamo quale sia stata la storia dell Universo Primordiale prima della formazione dei primi nuclei ( circa 1 minuto dopo il Big Bang) e quindi non sappiamo quale immagine del Big Bang ci daranno le collisioni ad alta energia di LHC

5 LA VIA DELLALTA ENERGIA

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9 Fisica delle Particelle dopo il Big Bang magnetismo elettricit à forza debole forza nucleare gravit à celeste terrestre magnetismo elettro elettrodinamica quantistica modello elettrodebole modello standard cromodinamica quantistica grande unificazione gravit à quantistica

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11 THE G-W-S STANDARD MODEL

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13 FORZE FONDAMENTALI SIMMETRIE G. Isidori, Corso di formazione INFN di Ischia, 2009

14 LEP ci ha gia detto che lHIGGS ESISTE? MECCANISMO di HIGGSLEP ci ha confermato che la SIMMETRIA connessa alle FORZE ELETTRO-DEBOLI non e preservata nello stato di minima energia ( il VUOTO della teoria) in cui il sistema si trova ( in questo caso si dice che la simmetria e rotta Spontaneamente). La rottura spontanea della simmetria elettrodebole causa le masse dei bosoni W e Z mediatori di queste forze. Questo meccanismo si chiama MECCANISMO di HIGGS non necessita della presenza di una particella elementare, il bosone di HiggsLEP ha dimostrato che il Meccanismo di HIGGS opera in Natura. Ma tale meccanismo non necessita della presenza di una particella elementare, il bosone di Higgs QUALCOSA DEVE PRODURRE IL MECCANISMO DI HIGGSNON sappiamo ancora se questo mattone fondamentale esista; quello che e sicuro e che QUALCOSA DEVE PRODURRE IL MECCANISMO DI HIGGS

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16 INDICAZIONI DI NUOVA FISICA AL DI LA DEL MODELLO STANDARD MASSA DEI NEUTRINI ESISTENZA DI MATERIA OSCURA NON COSTITUITA DALLA SOLITA MATERIA (protoni, neutroni) ASIMMETRIA COSMICA TRA MATERIA E ANTIMATERIA: ESISTENZA DI UNA NUOVA SORGENTE DI VIOLAZIONE DI CP OLTRE A QUELLA PREVISTA DAL MODELLO STANDARD DOMANDE FONDAMENTALI A CUI IL MODELLO STANDARD NON RISPONDE: - UNIFICAZIONE DELLE FORZE FONDAMENTALI - MASSE E MESCOLAMENTI DEI FERMIONI - STABILITA DELLA SCALA DI ENERGIA A CUI I BOSONI W e Z PRENDONO MASSA ( circa 100 GeV)

17 NESSUN COSTITUENTE DEL MODELLO STANDARD PUO FORNIRE LA MATERIA OSCURA

18 STRADE PER ANDARE AL DI LA DEL MODELLO STANDARD 1) NON ESISTE NESSUNA SCALA DI ENERGIA OLTRE QUELLA DEL MS: la gravita e una forza molto debole perche esistono NUOVE DIMENSIONI oltre alle 3+1 spazio-temporali nostre VISIBILITA A LHC: ESISTONO STATI ECCITATI ( DI KALUZA-KLEIN) ED ALCUNI SONO A SCALA ACCESSIBILE A LHC ( il piu leggero KK puo essere una particella stabile e costituire la materia oscura)

19 STRADE OLTRE SM (II) 2) NON ESISTE IL PROBLEMA DI TRATTENERE LA MASSA DEL BOSONE DI HIGGS A 100 GEV PERCHE LHIGGS E UN OGGETTO COMPOSTO VISIBILITA A LHC: NUOVE INTERAZIONI CHE PRODUCONO IL CONDENSATO DI FERMIONI CHE CHIAMIAMO HIGGS ( nuove risonanze, nuovi stati legati, una nuova QCD a 1 TeV)

20 STRADE OLTRE SM (III) 3) LA MASSA DELLHIGGS E PROTETTA A 100 – 1000 GEV PERCHE ESISTE UNA NUOVA SIMMETRIA, LA SUPERSIMMETRIA VISIBILITA A LHC: VEDREMO LE PARTICELLE SUPERSIMMETRICHE E LE LORO INTERAZIONI. LA PIU LEGGERA PARTICELLA SUSY PUO ESSERE STABILE E COSTITUIRE LA MATERIA OSCURA. AL TEMPO STESSO POTREMMO SCOPRIRE SUSY E LA SORGENTE DEL 90% DELLA MATERIA PRESENTE NELLUNIVERSO

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22 FCNC, CP, (g-2), ( ) 0 … FISICA RARA : PROCESSI SOPPRESSI NEL MS A CUI PUO CONTRIBUIRE LA NUOVA FISICA m n … LEGAME TRA FISICA DELLE PARTICELLE, COSMOLOGIA E ASTROFISICA NUOVA FISICA AL DI LA DEL MS RICERCA DIRETTA DI NUOVA FISICA : PRODUCI E OSSERVA NUOVE PARTICELLE ED INTERAZIONI

23 MICRO MACRO MODELLO STANDARD MODELLO STANDARD PARTICELLARE: COSTITUENTI E INTERAZIONI FONDAMENTALI MODELLO STANDARD COSMOLOGICO: HOT BIG BANG MATRIMONIO FELICE ES: NUCLEOSINTESI MA ANCHE PUNTI DI ATTRITO MATERIA OSCURA ED ENERGIA OSCURA: FINESTRA SU NUOVA FISICA AL DI LA DEL MODELLO STANDARD PARTICELLARE E/O MODELLO STANDARD COSMOLOGICO