Josef Juráň. Ústav technické a experimentální fyziky České vysoké učení technické v Praze. Mikuláš Gintner, Ivan Melo

Podobné dokumenty
Elementární částice. 1. Leptony 2. Baryony 3. Bosony. 4. Kvarkový model 5. Slabé interakce 6. Partonový model

Standardní model částic a jejich interakcí

postaven náš svět CERN

K čemu je dobrý Higgsův boson? Jiří Hořejší Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK

Experiment ATLAS. Shluky protiběžných částic se srážejí každých 25 ns. tj. s frekvencí. Počet kanálů detektoru je 150 mil.

ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE

Jana Nováková Proč jet do CERNu? MFF UK

Za hranice současné fyziky

Podivnosti na LHC. Abstrakt

Petr Kulhánek: Honba za Higgsovými částicemi a moje červené poznámky

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic

Prověřování Standardního modelu

Standardní model a kvark-gluonové plazma

Higgsův boson ve standardním modelu

Statický kvarkový model

Ve zkratce. Prehistorie standardního modelu

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Alexander Kupčo. kupco/qcd/ telefon:

Kvarky s barvou a vůní a co dál?

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Od kvarků k prvním molekulám

A Large Ion Collider Experiment

Měření hmoty Higgsova bosonu podle doby letu tau leptonu

Obsah PŘEDMLUVA...9 ÚVOD TEORETICKÁ MECHANIKA...15

Theory Česky (Czech Republic)

Nobelova cena za fyziku 2008: Cesty k narušení symetrie

KVARKY S BARVOU A VŮNÍ A CO DÁL?

Požadavky k písemné přijímací zkoušce z matematiky do navazujícího magisterského studia pro neučitelské obory

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Standardní model částicové fyziky: stručná historie a současný stav

Mikroskopický obraz vesmíru

POŽADAVKY K SOUBORNÉ ZKOUŠCE Z MATEMATIKY

České vysoké učení technické v Praze

Státní závěrečná zkouška z oboru Matematika a její použití v přírodních vědách

Fyzika atomového jádra (FAJ) Petr Veselý Ústav Jaderné fyziky, Česká Akademie Věd www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/~vesely/faj/faj.pdf

Úvod do kvantového počítání

Nekovalentní interakce

Mezony π, mezony K, mezony η, η, bosony 1

Nekovalentní interakce

v mikrosvětě Pavel Cejnar Nahoru, dolů, dokola toť dráhy prvků. Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK, Praha Marcus Aurelius, A.D.

30 let asymptotické volnosti a 40 let kvarků. pád a triumf kvantové teorie pole

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

(v zrcadle výtvarné estetiky)

Elektroslabé interakce:

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

Fyzika atomového jádra

Subatomová fyzika I. doc. RNDr. Vojtěch Petráček, CSc.

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Rozluštění skrytých symetrií přírody

Kam kráčí současná fyzika

= iψγ ψ mψψ. ψ ψ = e ψ, ψ ψ = e ψ, ( 9.5 ) Supersymetrie. 1) Sjednocení elektromagnetických a slabých interakcí. U(1) symetrie

Einsteinových. podle množství. dá snadno určit osud vesmíru tři možné varianty

Standardní model. Projekt je spolufinancován z prostředků ESF a státního rozpočtu ČR

Aplikovaná numerická matematika

Pozitron teoretická předpověď

Objev gama záření z galaxie NGC 253

Kvantová informatika pro komunikace v budoucnosti

Studium produkce jetů v experimentu ALICE na urychlovači LHC

Fyzika I. Něco málo o fyzice. Petr Sadovský. ÚFYZ FEKT VUT v Brně. Fyzika I. p. 1/20

Katedra fyziky. Prověrka Standardního modelu a fyzika

Hamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:

2. 4 F Y Z I K A E L E M E N T Á R N Í C H ČÁSTIC

Funkce dvou a více proměnných

Jednoduchost složitého rozhovor s profesorem Iachellem

Modelování a simulace Lukáš Otte

Lineární urychlovače. Jan Pipek Dostupné na

Fyzika I (mechanika a molekulová fyzika NOFY021)

Od kvantové mechaniky k chemii

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

aneb jiný úhel pohledu na prvák

Otázky a odpovědi kolem Higgsova bosonu

Úvod do moderní fyziky

O čem se mluví v CERNu? Martin Rybář

1. Číselné posloupnosti - Definice posloupnosti, základní vlastnosti, operace s posloupnostmi, limita posloupnosti, vlastnosti limit posloupností,

1) Sjednocení elektromagnetických a slabých interakcí

Teorie náhodných matic aneb tak trochu jiná statistika

Nobelova cena za fyziku 2013

01MDS.

Mgr. Ladislav Zemánek Maturitní okruhy Matematika Obor reálných čísel

Co se stalo (a nestalo) ve fyzice elementárních částic od Šlapanic 98

Role Higgsova bosonu ve fyzice

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Regresní analýza. Eva Jarošová

Paul Zaslal: pá, 16. duben 2010, 23:29 Předmět: Nevyřešené problémy ve fyzice - experimenty

Analysis of the decay Bs J/ψ φ

Nástin formální stavby kvantové mechaniky

I. Diferenciální rovnice. 3. Rovnici y = x+y+1. převeďte vhodnou transformací na rovnici homogenní (vzniklou

CENTRUM PODPORY PROJEKTŮ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Higgsův boson. Závěrečná práce. Základní škola sv. Voršily v Olomouci Aksamitova 6, Olomouc. Autor: Marek Vysloužil, Václav Cenker.

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2016) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Jak nám vládne symetrie. Jan Kábrt

o Mají poločíselný spin (všechny leptony a kvarky, všechny baryony - například elektron, neutrino, proton, neutron, baryony Λ hyperon...).

Singulární charakter klasické limity

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Příklady Kosmické záření

1. OBSAH, METODY A VÝZNAM FYZIKY -

Dualismus vln a částic

Cesta do mikrosvěta. Martin Rybář

Gravitační vlny detekovány! Gravitační vlny detekovány. Petr Valach ExoSpace.cz Seminář ExoSpace.

Transkript:

Seminář na Ústavu fyziky Slezské univerzity v Opavě 18.11.2010 top-bess model a ne b E f e kt iv níí p o ppii s rro ozz š í ře níí S t a nd ar dnnííh o m o de g se ivn řen a rd ho mo d e l u b e z Hi ggg Josef Juráň Ústav technické a experimentální fyziky České vysoké učení technické v Praze Mikuláš Gintner, Ivan Melo Katedra fyziky Žilinská univerzita

Abstrakt Navzdory velkému úspěchu Standardního modelu zůstává jeho jedna klíčová část nevyjasněna - a tím je skutečný mechanismus narušení elektroslabé symetrie. Toto narušení je ve Standarním modelu popsáno způsobem, jehož přímým důsledkemje existence nové částice - tzv. Higgse. Ten však nebyl doposud experimentálně potvrzen. Existuje celá řada modelů, které nabízejí vlastní popis narušení elektroslabé symetrie. Jedním z nich je i top-bess model, jenž je modifikací BESS modelu - narušení eletroslabé symetrie novou silnou silou.

Efektivní popis rozšíření Standardního modelu bez Higgse OSNOVA Symetrie, kalibrační symetrie, QED Standardní model (a jeho nedostatky) Narušení elektroslabé symetrie (ESB) Higgsův bozon, alternativní popis ESB Efektivní Lagrangián BESS a top-bess model, jejich vlastnosti předpovědi top-bess modelu na LHC, ILC

Symetrie Věc (jev, rovnice) má určitou symetrii, když se při určité operaci aplikované na tuto věc, nemění její (určité) vlastnosti. Věc je tzv. invariantní vůči této transformaci (popř. celé třídě transformací --> grupy transformací). Emma Noether (1882-1935) Symetrie v přírodě je v těsném vztahu: k zákonům zachování (prostoročasové, globální symetrie) k existenci základních sil a interakcí (lokální kalibrační symetrie) Symetrie diskrétní a spojité, externí a interní, globální a lokální přesné, přibližné, anomální, skryté

Kalibrační symetrie Symetrie je vůdčím principem při hledání nových fyzikálních zákonů. speciální třída symetrií kalibrační (vnitřní fázové transformace) stala se základem moderní teorie interakcí elementárních částic - + STR (c) Kvantová teorie pole: QM (h) KALIBRAČNÍ TEORIE elektřina + magnetismus + optika: kvantová elektrodynamika (QED) γ U(1)Q QED + slabé interakce: elektroslabá teorie (GWS) γ, Z, W+SU(2)L U(1)Y silná interakce: kvantová chromodynamika (QCD) 8 gluonů SU(3)C

Kvantová elektrodynamika volné Diracovo pole fázová transformace (globální) absolutní fáze jsou nepozorovatelné libovolné θ ---> jednoparametrická Abelova grupa U(1)Q invariance Lagrangiánu ---> zachovávající se proud ---> ZZQ Kalibrační princip: fázová invariance by měla být splněna lokálně ale gradient pole se transformuje jinak než pole samotné kompenzace: nové pole --> spřažení s proudem --> transf. vztah pro nové kalibrační pole

Kvantová elektrodynamika Princip min. elmag. interakce: kovariantní derivace Spinorová elektrodynamika elmag. interakce Nové pole jako nedílná součást celého dynamického systému kalib. inv. lagrangián Kinetický člen: Hmotnostní člen: kalibračně neinvariantní Kalibrační princip ---> QED dynamika

Standardní model SM je teorií mikrosvěta. Popisuje elementární částice a tři fundamentální interakce, které působí mezi těmito částicemi.

Standardní model teorie silné a elektroslabé interakce založena na lok. kalib. principu SU(3)C x SU(2)L x U(1)Y kalibrační symetrie Lagrangiánu nehmotné g, A, W±, Z... + narušení parity nehmotné fermiony rozpor s realitou: W±, Z bosony a fermiony jsou hmotné elektroslabá symetrie je narušena (resp. skryta) Higgsův mechanismus založen na spontánním narušení symetrie (SSB) SSB: G --> H (Lagrangián vs vakuum) GT: reálné částice m=0 Nambu-Goldstonovy bozony, #NGB = dim G dim H řešení (hypotéza): přidání skal. dubletu odtrafo. 3 ze 4 st.volnosti -> hmotnost kalib. bozonů, Yukawa int. -> hmotnost fermionů

Hledání Higgsovy částice hmotnost Higgsova bozonu je volný parametr ve SM experimentálně nepotvrzen -> limity @ 95% CL přímý: LEP+Tevatron mh = 114.4-158 GeV a mh > 175 GeV nepřímý: glob. fit EWPO vylučuje mh > 185 GeV (best 87+36-27 GeV)

Standardní model úspěšná teorie - mnoho předpovědí experimentálně ověřen do E ~ 200 GeV neobjeven Higgs není to jediný problém SM SM není finální teorií: nezahrnuje gravitaci obsahuje mnoho volných parametrů bez souvislostí nevysvětluje narušení elektroslabé symetrie proč 3 generace fermionů, generace hmotností fermionů nevysvětluje silný CP problém problém s hmotností Higgse (hierarchy/fine-tuning problem) žádný kandidát na tmavou hmotu nepopisuje tmavou energii...

Nová fyzika - modely za SM Dělení dle možného scénáře elektroslabého narušení slabě-interagující: ESB je narušena perturbativní interakcí (SM Higgsův sektor 1 Higgsův bozon, SUSY - více Higgsů) silně-interagující: ESB je narušena novou silnou interakcí (žádný Higgs, kompozitní částice, Technicolor,...) extra-dimenze,... (AdS/CFT korespondence, Kaluza-Kleinovy věže,...) Kompletní popis jakékoliv nové fyziky za SM vyžaduje fund. teorii SM ověřen, SM jako nízko-energetická teorie, součást nové teorie mnoho různých modelů (nové částice, nové interakce) nutný jednotný popis jejich nízko-energetické fenomenologie modelově nezávislý přístup založena na Efektivních Lagrangiánech

Efektivní Lagrangián Λ - škála nové fyziky za SM Λ < ~ 1 TeV přímé pozorování NP na urychlovačích Λ >> 1 TeV parametrizace efektů NP pomocí výšerozměrných operátorů potlačených inverzními mocninami jejich škály pokud NP těžká pro přímé pozorování v nízkých energiích vyintegrování z Lagrangiánu (efekt na konstanty) L0 je SM Lagrangián [4], L1 je nová interakce [5],... maximálně obecný Lagrangián jediné omezení: symetrie má mnoho členů (třídí se podle mocnin energie, resp. počtu μ) nízkoener. procesy ---> omezení do určitého řádu (konečný počet)

top-bess model Mikuláš Gintner 1,2 Josef Juráň 1 Ivan Melo 2 1) Ústav technické a experimentální fyziky, ČVUT 2) Katedra fyziky, Žilinská univerzita efektivní popis ESB modifikace BESS modelu speciální role top kvarku

BESS model efektivní popis narušení EW symetrie silnou interakcí (BESS) globální symetrie: lokální symetrie: HLS (Hidden Local Symmetry) pomocná kalibrační symetrie Částicový obsah SM kalibrační bozony SM fermiony, žádný Higgs 3 vektorové rezonance (vázaný stav nové silné síly) ESB sector: 6 reálných skalárních polí (NGB`s, nefyzikální)

BESS model f, free real parameters přímá vazba Vμa na fermiony: mezigenerační univerzalita (L, R) nová rezonance se míchá se SM kalibračními bozony (jejich interakce se modifikuje) BESS vs top-bess Motivace: hmotnost top kvarku (mt ~ 170 GeV) příliš velká a blízko škále ESB (v ~ 240 GeV) speciální role t-kvarku (nebo 3.generace kvarků) v mechanismu ESB generace m stejným mechanismem jako M, M (stejná Sin) t Z w silná vazba rezonance na t-kvark jako na SM kalib. bozony

top-bess model Modifikace: pouze ve fermionovém sektoru mezigenerační univerzalita narušena není přímá vazba na leptony a kvarky u, d, c, s přímá interakce ~ g'' přímá interakce na levý (t,b) dublet: ~ bl přímá interakce na pravý t kvark: ~ br přímá interakce na pravý b kvark: ~ p.br p @ <0;1> p - rozdělení ρ-to-tr od ρ-to-br vazby, U(1)R3 symetrie modifikace SM GB-to-fermion vazby díky novému členu neuvažovanému v původním BESS modelu... na levý (t,b) dublet: ~ λl... na pravý (t,b) dublet: ~ λr

top-bess model Model = Lagrangián Parametry top-bess Lagrangiánu: v, g, g' α, g'', bl, br, p, λl, λr limit (tbess)_{g''--> } = SM/{H} Omezení hodnot parametrů: unitární limity - SSt = 1, ZZ pravděpodobnosti - nízkoenergetické limity - existující experimenty omezují odchylky od SM

Unitární limity SM bez Higgse rozptyl longitudinálních kalib. bozonů Equivalence Theorem (π`s vs GBL`s) parciální amplitudy U-limit: E = 1.7 TseV top-bess model nová částice unitarizuje amplitudy - ρ jako Higgs (mh < 1TeV) efekt. model nerenormalizovatelný horní limit Eq.Th. ~ 3 TeV - narušení unitarity při nějaké energii

Unitární limity Omezení g'' (SM U-limit). Omezení hmotnosti a šířky. (U-limit = 1.5 MV) Grafy pro bl = br = b = 0 (p nehraje roli), λ`s zanedbatelné.

Nízkoenergetické limity nízkoenergetický tbess Lagrangián (vyintegrování ρ rezonance, MV -->, g'' fixní, substituce EoM) z omezení anomálních tbw, ttz a bbz vazeb (LEP/SLC a CLEO) ε`s analýza BESS limits: Naše modifikace BESS modelu uvolňuje nízkoenergetické limity původních BESS parametrů (díky λ`s a také p).

Nízkoenergetické limity ε`s analýza měření GB`s self-interakce anomální WWZ vertex g''> 3.4 (slabší než ε3) průnik povolených oblastí pro g'' = 10, Λ = 1 TeV

BESS vs tbess: celkové rozpadové šířky Rozštěpení hmotnostní degenerace < 1 promile Mvo = 1 TeV Rozpady: V+- 7 kanálů, Vo 13 kanálů Jiná vazba rezonance na fermiony pro BESS a top-bess model. Díky mixingu kalibračních bozonů interagují s rezonancí také první a druhá generace kvarků a všechny leptony (kromě νr). Srovnání BESS (tečkované) a tbess (spojité křivky) rozpadových šířek. Grafy pro p = 0, λ`s = 0.

top-bess: parciální rozpadové šířky rozpadové šířky neutrální rezonance dominantní rozpady Vo --> WW, bb, tt

top-bess: parciální rozpadové šířky

Experimentální zařízení Large Hadron Collider International Linear Collider

Large Hadron Collider Multifunkční zařízení mající za úkol zodpovědět fundamentální otázky ve fyzice vysokých energií související s nedokonalostí SM, např. najít H. Efekt integrované luminozity (IL) na 95% limit vyloučení SM Higgse. Např. s IL=0.5 fb-1 vyloučení hmotnosti mezi 135-188 GeV. Nebo rozšíření od LEP limit 114 GeV až několik stovek GeV s IL= 5 fb-1.

top-bess model na LHC

top-bess model na ILC e+ e- ---> v v t t

top-bess model na ILC AFB = (NF-NB)/(NF+NB) Dom(AFB) = <-1;1>

Závěrem mechanismus narušení elektroslabé interakce stále neznáme SM ---> SSB + Higgsův mechanismus; Higgs stále nenalezen mnoho alternativních modelů, fyzika za SM efektivní top-bess model jako modifikace BESS modelu BESS model versus top-bess model naše rezonance se rozpadá především na SM kalib. bozony a/nebo na třetí generaci kvarků; máme menší, tj. užší rozp. šířky uvolnění L-E limitů původních BESS parameterů účinné průřezy, FB asymetrii + jejich statistická významnost vlastnosti našeho modelu lze studovat na LHC a ILC nutný další výzkum (studium pozadí, účinnosti rekonst. detektoru)

Děkuji za Vaši pozornost.