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Un cammino condiviso con Gianluigi

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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

slide12
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
slide17
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

una stanza senza finestre
Una stanzasenzafinestre …

Cosac’è

fuoridella stanza?

… unaporta

da aprire

slide22
Extra-Dimensioni

Supersimmetria

Tecnicolor

W’, Z’

Buchineri

slide23
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

slide26
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

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

slide31
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

slide38
Con idati LHC 2010

Stimando le masse supersimmetriche

CMSSM

O.Buchmueller, JE et al: in preparation

slide39
Con idati LHC 2010

Stimando la massa del gluino

CMSSM

O.Buchmueller, JE et al: in preparation

slide40
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!
ad