Roberto Chierici2 Il programma dell LHC e molto ambizioso. Vogliamo rispondere a molte di queste domande. Potremmo essere ad un passo da una rivoluzione.

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2 Roberto Chierici2 Il programma dell LHC e molto ambizioso. Vogliamo rispondere a molte di queste domande. Potremmo essere ad un passo da una rivoluzione della nostra comprensione della fisica fondamentale. Higgs boson? New symmetries? New constituents? SUSY? Extradimensions? Lorigine delle masse Lorigine delle masse Il meccanismo di Higgs? Il meccanismo di Higgs? Se no, cosaltro? Technicolours? Extra dimensioni? Se no, cosaltro? Technicolours? Extra dimensioni? Perche le masse sono quelle che sono? Perche le masse sono quelle che sono? Unificazione di forze e particelle Unificazione di forze e particelle Perche materia e forze? Perche materia e forze? Perche 3 generazioni di particelle fondamentali? Perche 3 generazioni di particelle fondamentali? Possiamo unificare tutte le forze? Possiamo unificare tutte le forze? Capire lUniverso Capire lUniverso Perche la gravita e 38 ordini di grandezza piu debole delle Perche la gravita e 38 ordini di grandezza piu debole delle altre forze? altre forze? Quale lorigine della materia oscura? Quale lorigine della materia oscura? Cosmologia Particelle SUSY? Domande fondamentali in fisica (delle particelle)

3 Roberto Chierici3 Un altro esempio: la materia oscura Oggetti luminosi (stelle, galassie) si muovono troppo velocemente per essere soggetti solo allattrazione gravitazionale di cio che e visibile. Esempio notevole: la velocita rotazionale di intere galassie Lestensione piu accreditata del Modello Standard (Supersimmetria) prevede lesistenza di molti altri partner della materia standard, tra cui i candidati principali di questa materia oscura. Approssimativamente solo il 5% di quello che vediamo (cioe che emette radiazione EM) rappresenta la massa delluniverso !

4 Roberto Chierici4 SUSY Nuova simmetria tra materia e forza Predice un partner di spin s-½ per ogni particella del Modello Standard di spin s 100% 100% 30% Segnature spettacolari: tipicamente molte particelle prodotte e grande energia mancante Le masse di queste nuove particelle e sconosciuta, ma le sezioni durto di produzioni sarebbero grandi (~100 eventi al giorno per ) Le masse di queste nuove particelle e sconosciuta, ma le sezioni durto di produzioni sarebbero grandi (~100 eventi al giorno per ) Scoperta molto rapida Scoperta molto rapida Supersimmetria 300/fb

5 Roberto Chierici5 Extra dimensioni Molto interesse per modelli con dimensioni supplementari: Tutte le particelle (noi!) sono confinate Tutte le particelle (noi!) sono confinate in 4 dimensioni in 4 dimensioni Solo la gravita « vede » le altre dimensioni Solo la gravita « vede » le altre dimensioni La gravita ha la stessa « intensita » delle altre La gravita ha la stessa « intensita » delle altre forze, ma e « diluita » in piu dimensioni forze, ma e « diluita » in piu dimensioni I gravitoni possono accoppiarsi a particelle ordinarie, e dare segnali visibili allLHC: Gravitoni come particelle finali: sfuggono in Gravitoni come particelle finali: sfuggono in altre dimensioni, si manifestano come energia altre dimensioni, si manifestano come energia mancante allevento mancante allevento Gravitoni come particelle intermedie: Gravitoni come particelle intermedie: extra produzione di particelle standard, extra produzione di particelle standard, presenza di risonanze presenza di risonanze Altre possibili manifestazioni di dimensioni supplementari sono particelle eccitate (Kaluza-Klein) o la produzione di micro buchi neri.

6 Roberto Chierici6 Extra dimensions have very small radius and imply that gravity is much stronger at shorter distances Extra dimensions have very small radius and imply that gravity is much stronger at shorter distances Get more than ~TeV of energy into a small enough region and a black hole forms spontaneously Get more than ~TeV of energy into a small enough region and a black hole forms spontaneously (impossible if only 4D) They decay instantaneously on the LHC time scales, and evaporate because of the Hawking radiation They decay instantaneously on the LHC time scales, and evaporate because of the Hawking radiation Nella Meccanica Quantistica irradiano ! Nella Meccanica Quantistica irradiano ! Normal BH: mass: ~ m sun size: ~ Km T: ~ 0.01 K Lifetime: ~forever Mini BH: mass: ~ 1000 m p size: ~ 10 -18 m T: ~ 10 16 K Lifetime: 10 -27 s Buchi neri

7 Roberto Chierici7 Signatures for black holes Evidence in seconds… Evidence in seconds… 1 LHC hour W/Z H t The end of short distance physics ? The end of short distance physics ? Micro black holes explode due to the Hawkings radiation In the evaporation, every kind of particle can be produced, in a democratic way… In the evaporation, every kind of particle can be produced, in a democratic way… Mostly hadrons and leptons (~20-30 per decay, but also, W, Z, tops, Higgses…)