Stimando le masse delle particelle d al top via bosone di higgs fino alla supersimmetria
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Stimando le masse delle particelle : d al top, via bosone di Higgs, fino alla supersimmetria. Un cammino condiviso con Gianluigi. Una tendenza storica dei fisici delle particelle …. Quando incontriamo un mistero che non possiamo risolvere con i modelli attuali

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Presentation Transcript
Stimando le masse delle particelle d al top via bosone di higgs fino alla supersimmetria

Stimando le masse delleparticelle:dal top, via bosone di Higgs, finoallasupersimmetria

Un camminocondiviso con

Gianluigi


Una tendenza storica dei fisici delle particelle
Unatendenzastoricadeifisicidelleparticelle …

  • Quandoincontriamo un misteroche non possiamorisolvere con imodelliattuali

  • Inventiamounanuovaparticella, talvoltamolte!

  • Un primo esempio: Einstein ha propostoilfotone per capirel’effettofotoelettrico


Un esempio famosissimo
Un esempiofamosissimo

  • La famosalettera

    aperta di Pauli

  • Il nome ‘neutrino’

    inventato da Fermi

  • Il secondo neutrino

    spiegaperché

    μnoelettrone

  • Torneremopiùtardi

    alleoscillazioni e alle masse deineutrini


Altri esempi importanti per il modello standard i bosoni w z
Altriesempiimportantiper ilModello Standard: ibosoni W, Z

  • Intermediaridell’interazionedebole

  • Il W proposto da Yukawa

    • Inizialmenteidentificato con ilpione

    • Poi ‘scoperto’ nel primo esperimentodineutrini al CERN

  • Perchéquestierrori?

  • Percheifisici non avevanounastimaaccuratadellamassa, o non ci credevano.

  • Eccol’importanza di stimarebene le masse dellenuoveparticelle!


Un esempio riuscito
Un esempioriuscito

  • Il quark ‘charm’ postulato da Glashow, Iliopoulos e Maiani

  • La massastimatabene da Gaillard e Lee

  • Implica mu << mc << mW

  • ΔmKimplica mc ~ 1.5 GeV


Un esempio personale
Un esempiopersonale

  • Il quark ‘bottom’ postulatonel 1975 per accompagnareilleptonepesante ‘tau’

  • La massastimatanell’ ambito di unateoriadellagrandeunificazionedelleinterazioni

  • Chanowitz, JE e Gaillard:

    “Making the SU(5) model completely natural, including in the Higgs sector, gives the prediction md/me ~ ms/mμ ~ mb/mτ= 2605”

  • Avevoscritto

    a mano “2 to 5”!


Il quark top u na prima avventura con gianluigi
Il quark ‘top’: Una prima avventura con Gianluigi

  • Il quark ‘top’ postulato per accompagnareil quark bottom

  • Moltestimeteorichesbagliateduranteglianni 1970/80

  • Qualèillimitesuperioresullasuamassa?

  • Una prima indicazioneèvenutada uno studio dellecorrentineutre

  • Costa, JE, GLF, Nanopoulos e Zwirner:

    “In the minimal standard model with ρ = 1 and

    equal Higgs and Z masses we find that mt< 168 GeVat the 90% confidence level.”

  • Il nostro primo lavoro

    non èstatotroppo male!


Il quark top u na stima raffinata con gianluigi
Il quark ‘top’: Unastimaraffinata con Gianluigi

  • mt < 185 GeV

    variando mc

  • Indicazionisu sin2θW

  • Commentisulla

    sensibilità a mH


Il quark top il ruolo della massa dello z
Il quark ‘top’: ilruolodellamassadello Z

  • Unamisuraprecisadellamassadello Z darebbeunaindicazioneimportantedellamassa del top


Il quark top d opo le prime misure di m z con alta precisione
Il quark ‘top’: dopo le prime misure di mZ con altaprecisione

  • Accordo con idati a basseenergieimplica

  • Una prima discussione di mH


Il bosone di higgs una seconda avventura con gianluigi
Il bosone di Higgs: unasecondaavventura con Gianluigi

  • C’èbisogno di un bosone di Higgs (o qualcosa di simile) per dare le masse allealtreparticelle

  • L’ ultimacomponente del Modello Standard cheancoracimanca

  • Le misure di altaprecisionehannopocasensibilità a mH …

    … ma dannounaindicazioneinteressante


Alcune particelle hanno massa, altre no …

Da dove vengono queste masse?

Newton:

Il peso è proporzionale alla massa

Einstein:

L’energia è equivalente allamassa

Ma non hanno spiegato la massa!

Le masse sono dovute al bosone di Higgs?

(una particella chiave …)


Com e un campo di neve

Con gliscisicorremolto velocemente:

Come unaparticellasenzamassa

ad es., un fotone = particelladellaluce

Comeun campo dineve

Con le racchettedaneve,

siva più lentamente:

come unaparticella con unamassa

ad es., un elettrone

LHC cercherà

il fiocco di neve:

il bosone di Higgs

Congliscarponisiaffondanellaneve

esivamolto lentamente:

come unaparticella con unagrandemassa


S timando la massa del bosone di higgs
Stimando la massa del bosone di Higgs

  • Le misureelettrodebolisonosensibiliallecorrezioniquantistiche:

  • Però la sensibilitàallamassa del top è moltomaggioredellasensibilitàallamassa del bosone di Higgs:

  • Tuttaviale misure al LEP ci davanounaindicazione di un Higgs leggeroancoraprima dellascoperta del top


Stimando la massa del bosone di higgs
Stimando la Massa del bosone di Higgs

  • Primitentativineglianni 1990, 1991:

  • Molto difficile prima dellascoperta del top


Stimando la massa del bosone di higgs1
Stimando la Massa del bosone di Higgs

  • Dopo la scoperta del top:

  • Solideindicazioni di un bosone di Higgs leggero


Il bosone di Higgs: lo stato attuale

  • Il limiteinferiore dal LEP:

    mH> 114.4 GeV

  • Secondo idatielettrodeboli:

    mH = 89+35–26GeV

    un limitesuperiore:

    mH < 158 GeV, o 185 GeV

    includendoillimitediretto

  • Il limite dal Tevatron:

    mH < 158 GeVor > 173 GeV


La ricerca del bosone di higgs al tevatron
La ricerca del bosone di Higgs al Tevatron

Il Tevatronesclude un bosone di Higgs fra 158 & 173 GeV


Le prime ricerche ad lhc
Le prime ricerche ad LHC

Un contributosignificativo al fit globale


Combinando le informazioni sulla massa del bosone di higgs

Combinando le informazionisullamassa del bosone di Higgs

mH = 120+ 12-5GeV


Una stanza senza finestre
Una stanzasenzafinestre …

Cosac’è

fuoridella stanza?

… unaporta

da aprire


Extra-Dimensioni

Supersimmetria

Tecnicolor

W’, Z’

Buchineri


Extra-Dimensioni

Supersimmetria

Tecnicolore

W’, Z’

Buchineri


Fisica oltre il modello standard
FisicaoltreilModello Standard?

  • Un vuoto non stabile?

  • Indicazionicontro un modellocomposito

  • La supersimmetria?


La supersimmetrica e la materia oscura
La supersimmetricae la materiaoscura?

  • La supersimmetria associa

    le particelledellamateria

    alleparticellechetrasportanole interazioni

  • Puòspiegare la scala delle masse delle particelle

  • Puòaiutare ad unificare le interazionifondamentali

  • La particellasupersimmetrica piùleggerasarebbestabile e

    con una massainferiore a 1000 GeV

  • Avrebbeuna densitàsimile a quelladellamateriaoscura

Da ricercare con gliesperimenti


La materia oscura nell’universo

Gliastrofisicici diconoche la maggior parte dellamaterianell’universoèinvisibile:

materiaoscura

Particelle supersimmetriche?

Le cercheremo con

l’LHC


Indicazioni prima dell lhc
Indicazioni prima dell’LHC

Seilneutralino

fosse responsabile

dellamateriaoscura

La materia ‘oscura’ avrebbe

unacaricaeletromagnetica

Vietata da b sg

Indicazionidalladensità

dellamateriaoscura

Indicazioni (?) da g - 2

JE + Olive + Santoso + Spanos


Fit globale delle masse supersimmetriche
Fit globaledelle masse supersimmetriche

  • Approcciostatistico

  • Datiutilizzati:

    • Misureelettrodeboli di altaprecisione

    • Limitesperimentalesullamassa del bosone di Higgs

    • La densitàdellamateriaoscura

    • Dati sui decadimenti b  s , Bs  +-

    • g - 2 (forse)

  • Combinando le densitàdi probabilità

  • Analizzandoimodellisupersimmetricipiùsemplici

O.Buchmueller, JE et al: arXiv:0808.4128, 0907.5568, 0912.1036, 1011.6118, 1102.4585


Stimando le masse delle particelle supersimmetriche

Prima del’LHC

Stimando le masse delleparticellesupersimmetriche

O.Buchmueller, JE et al: arXiv:0808.4128


Il progetto lhc al cern

Collisioni Protone-Protone

7 TeV +

7 TeV

1,000,000,000 di collisioni

ogni secondo

Il progetto LHC al CERN

  • Obiettivi scientifici:

  • L’origine dellamassa

  • Lamateria oscura

  • Il plasma primordiale

  • L’ asimmetria fra materia edantimateria

1 TeV = 1000 GeV

~ 1000 volte la massa del protone


Visioned’insiemedi LHC edeisuoiesperimenti

100 m sottoterra

27 km di circonferenza



La materia oscura potrebbe apparire cos
La materia oscura potrebbe apparire così

Energia invisible portata via da

particelle di materiaoscura



Concentrazione ansiet
Concentrazione, ansietà …

… attesa e trepidazione


Indicazioni dopo i dati lhc 2010
Indicazionidopoidati LHC 2010

CMS

CMS MHT

Seilneutralino

fosse responsabile

dellamateriaoscura

ATLAS

0 Lepton

ATLAS

1 Lepton

La materia ‘oscura’ avrebbe

unacaricaeletromagnetica

Vietata da b  s gamma

Indicazionidalladensità

dellamateriaoscura

Indicata (?) da g - 2


Con idati LHC 2010

Stimando le masse supersimmetriche

CMSSM

O.Buchmueller, JE et al: in preparation


Con idati LHC 2010

Stimando la massa del gluino

CMSSM

O.Buchmueller, JE et al: in preparation


Con idati LHC 2010

Il processoraroBsμ+μ- ?

NUHM1

O.Buchmueller, JE et al: in preparation


Traiettoria dei fit nel cmssm
Traiettoriadei fit nel CMSSM

Come hannoevoluto

i fit supersimmetrici?

Qual’èl’evoluzione

possibilenelfuturo?

Se non c’è

la supersimmetria

con 7/fb

Se non c’è

la supersimmetria

con 1 o 2/fb

Limitiattuali

Prima del’LHC

  • Vecchipunti di riferimento

  • ★Fit prima del’LHC

  • Dopo LHC 2010

  • Dopo LHC 2011?


Torniamo ai neutrini
Torniamoaineutrini

  • Il lavoroattuale di Gianluigi, Eligioed amici

  • Aspettiamo con entusiasmounanuovagenerazione di esperimenti


Conclusioni
Conclusioni

  • Impossibile!

  • Stimare le masse delleparticelle prima delleloroscoperteè un lavorosenza fine

  • È un complementoessenzialeallericerchesperimentali

  • Aspettiamo con (im)pazienza le prossimescopertedel’LHC

  • Senzadubbiosiaprirà un mondonuovo!


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