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Cenni di supersimmetria e ricerche ad LHC
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Oltre il modello standard… • Grande successo del modello standard • Ma problemi concettuali
– Gerarchia (scala EW << scala di Planck, perché?) – Massa del bosone di Higgs “piccola” nonostante
contributi a loop da quark top e bosoni W (cancellazioni fortuite?)
• E molte questioni aperte – Perché 3 famiglie? – Perché tanti parametri liberi? – Perché masse così diverse? – Conservazione dei numeri leptonico e barionico – Eccesso di materia nell’universo – Dark matter & dark energy: cosa sono? – Relazione con la gravità? – Perché la carica elettrica è quantizzata?
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Parametri liberi
• Masse dei fermioni (9 +3 neutrini ) • Matrici di Mixing (4 +4 per i neutrini ) • Costanti di accoppiamento (3, esprimibili anche
in termini di masse dei fermioni) • Parametri dell’Higgs (>=2) • Strong CP violation (1)
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SuSy • Ad ogni fermione si fa corrispondere un
bosone e viceversa • Lasciando inalterati tutti gli altri numeri
quantici e gli accoppiamenti
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conseguenze UNIFICAZIONE DEGLI ACCOPPIAMENTI
CANCELLAZIONE DELLE DIVERGENZE NELLE CORREZIONI RADIATIVE ALLA MASSA DELL’HIGGS
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Nota bene
• Se la supersimmetria fosse esatta i partner supersimmetrici dovrebbero avere la stessa massa delle compagne ordinarie: in tal caso dovremmo averli già osservati!
• Affinché il meccanismo dia risultati utili non possono avere masse superiori a O(1TeV)
• Dal principio supersimmetrico derivano una moltitudine di modelli dipendenti da un gran numero di parametri
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Qualcosa da conservare • Legame tra simmetria e legge di conservazione • In particolare si può introdurre il numero quantico
moltiplicativo conservato R=(-1)3(B+L)+2s
• I leptoni ordinari hanno k=3(B+L)+2s=4 e R=+1, gli antileptoni hanno k=-2 e R=+1
• I quark ordinari hanno k=2 e R=+1, gli antiquark hanno k=0 e R=+1
• I bosoni vettori ordinari hanno k=2 e R=+1, l’Higgs ha k=0 e R=+1
• I loro partner supersimmetrici invece hanno un diverso valore di 2s, l’esponente varia quindi di un’unità e R=-1
• La materia ordinaria è composta di particelle, la conservazione di R implica che per le particelle supersimmetriche si abbia PRODUZIONE ASSOCIATA
• NB: ci sono anche modelli nei quali l’R parità non è conservata
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Conseguenze della conservazione di R
• I decadimenti delle particelle supersimmetriche non possono produrre solo stati ordinari
• Si realizza quindi una cascata di decadimenti che non può che condurre alla particella supersimmetrica più leggera (LSP) • Non puo’ decadere in particelle piu’ leggere di essa
SM, perche’ sarebbe violato R
• L’LSP deve essere stabile, neutra, debolmente interagente (non è mai stata osservata) => contributo alla Dark Matter?
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Il settore Higgs nel MSSM • Estensione dello SM con 2 doppietti • Gli stati fisici sono (8-3) (in SM sono 4-3)
– Due stati neutri scalari con CP pari, h e H – Uno scalare con CP dispari, A – Due stati carichi H+ e H-
• A tree level il settore Higgs dipende solo da 2 parametri liberi: tan(beta), rapporto tra i valori di aspettazione sul vuoto dei campi Hd e Hu, e la massa di un bosone di Higgs, convenzionalmente mA
• Lo scalare più leggero h dovrebbe essere più leggero della Z (ma le correzioni radiative possono cambiare le cose)
• Disaccoppiamento nel limite di mA grande
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h0 si comporta come l’Higgs standard
Il settore Higgs nel MSSM/2
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fenomenologia
• I parametri liberi ora sono 124…(nella versione più semplice)
• Uno spazio a 124 dimensioni in cui ciascun punto rappresenta uno scenario
• La fenomenologia dipende dai valori dei parametri ed in particolare da tan(beta) e della gerarchia delle masse supersimmetriche
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mSUGRA
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Tutte le ricerche hanno MET dalla
LSP
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https://warwick.ac.uk/fac/sci/physics/staff/academic/gershon/gradteaching/warwickweek/material/lhcphysics/chill_warwick_lhc_lecture_4.pdf