'

СУПЕРСИММЕТРИЯ В ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

СУПЕРСИММЕТРИЯ В ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ Алексей Гладышев (ЛТФ ОИЯИ, Дубна)


Слайд 1

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 2 Суперсимметрия в физике частиц Введение. Проблемы Стандартной модели. Возможные пути их решения с помощью суперсимметрии. Суперпространство и суперполя. Построение суперсимметричных лагранжианов. Применение суперсимметрии в физике частиц. Минимальная суперсимметричная Стандартная модель (МССМ). Хиггсовские бозоны в МССМ. Мягкое нарушение суперсимметрии. Ограничения на параметры МССМ (Constrained MSSM).


Слайд 2

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 3 Стандартная модель Стандартная модель – калибровочная теория, описывающая 3 поколения фермионов – лептонов и кварков, образующих материю, и переносчиков взаимодействий – калибровочные бозоны Калибровочная группа Электрослабая симметрия спонтанно нарушена (механизм Хиггса)


Слайд 3

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 4 Стандартная модель По отношению к группе SU(2) кварки и лептоны бывают дублетами и синглетами По отношению к группе SU(3) кварки являются триплетами (антитриплетами). Лептоны – синглеты по SU(3). Каждое взаимодействие характеризуется константой связи


Слайд 4

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 5 Стандартная модель Лагранжиан Стандартной Модели Калибровочные взаимодействия (кинетические члены калибровочных полей, кварков, лептонов и бозонов Хиггса; самодействия калибровочных полей; взаимодействия калибровочных полей и бозонов Хиггса)


Слайд 5

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 6 Стандартная модель Юкавские взаимодействия (взаимодействия лептонов и кварков с бозонами Хиггса) Скалярный потенциал (массовый член и самодействие бозонов Хиггса) Юкавские константы связи Массовый параметр Константа самодействия


Слайд 6

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 7 Стандартная модель: недостатки Большое число свободных параметров: калибровочные константы связи gs , g , g’ 3?3 матрицы юкавских констант связи константа самодействия поля Хиггса массовый параметр поля Хиггса углы смешивания и фазы Как уменьшить число свободных параметров ? Выбор и структура калибровочной группы: почему три независимые группы симметрии ?


Слайд 7

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 8 Стандартная модель: недостатки Объединение сильных и электрослабых взаимодействий всего лишь формальное Почему «сильные взаимодействия» сильные, а «слабые» - слабые ? Число поколений полей материи: почему именно 3 ?


Слайд 8

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 9 Стандартная модель: недостатки Происхождение спектра масс: почему массы частиц именно такие ? Почему топ-кварк тяжелый, а лептоны легкие ? Является ли бозон Хиггса фундаментальной частицей ? Чему равна масса хиггсовского бозона ? Почему заряд протона в точности равен заряду электрона ? Как включить в рассмотрение гравитацию ? В рамках Стандартной Модели ответа на эти вопросы нет


Слайд 9

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 10 Стандартная модель: недостатки ВЫВОД: Стандартная Модель - лишь эффективная теория, справедливая в определенном приближении. ВЫХОД: рассмотрение более симметричных теорий Примеры: Теории Великого Объединения. Сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия описываются одной группой симметрии. Суперсимметрия. Бозоны и фермионы описываются единым образом. Гравитация может быть объединена с другими взаимодействиями преобразованиями суперсимметрии: спин 2 > спин 3/2 > спин 1 > спин 1/2 > спин 0


Слайд 10

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 11 Великое Объединение Идея объединения основана на наблюдении, что три константы связи, описывающие Стандартную Модель, стремятся к одной точке Уравнения ренормгруппы (Стандартная Модель):


Слайд 11

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 12 Великое Объединение Однако, в Стандартной модели не происходит настоящего объединения констант связи при высоких энергиях Уравнения ренормгруппы (Минимальная Суперсимметричная Стандартная Модель - МССМ):


Слайд 12

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 13 Великое Объединение В Минимальной Суперсимметричной Стандартной Модели (МССМ) константы связи объединяются при высоких энергиях


Слайд 13

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 14 Великое Объединение ВЫВОД: для объединения необходима суперсимметрия Зная начальные условия при «низких» энергиях (’93) можем вычислить Масштаб нарушения суперсимметрии ~ 1 TeV


Слайд 14

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 15 Проблема иерархий Проблема иерархий – существование энергетических масштабов, различающихся между собой на много порядков Масштаб нарушения электрослабой симметрии (MW ~100 GeV ) Масштаб Великого объединения (MGUT ~1015-16 GeV ) и / или планковский масштаб (MPl ~1019 GeV ) Возможное решение: постулировать (разрешить) такую иерархию (пусть это и неестественно)


Слайд 15

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 16 Проблема иерархий Другая сторона проблемы: разрушение иерархии радиационными поправками Рассмотрим поправку к массе легкого хиггсовского бозона Даже если по каким-то причинам иерархия была изначально, она будет разрушена радиационными поправками (если они не сокращаются с точностью 10-14)


Слайд 16

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 17 Проблема иерархий Суперсимметрия помогает решить проблему иерархий Добавим «суперпартнера» - частицу с той же массой, но с другим спином. Тогда квадратичная расходимость в точности сократится. «Точность» сокращения расходимостей контролируется разностью квадратов масс Если поправка к массе не превышает самой массы, то


Слайд 17

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 18 Суперсимметрия: мотивация Самосогласованность теорий Великого объединения – объединение калибровочных констант связи Решение проблемы иерархий Суперсимметрия населяет «Великую пустыню» - предсказывает новые частицы и их массы Возможное решение проблемы темной материи во Вселенной Радиационное нарушение электрослабой симметрии. Ограничение сверху на массу хиггсовского бозона


Слайд 18

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 19 Суперсимметрия: мотивация Суперсимметрия может быть проверена экспериментально на ускорителях ближайшего будущего Объединение физики частиц и гравитации (супергравитация). Суперструны SUSY – наиболее популярная идея за пределами Стандартной Модели


Слайд 19

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 20 Суперсимметрия Суперсимметрия – симметрия между бозонами и фермионами Преобразования суперсиметрии генереруются фермионным оператором Q Оператор Q коммутирует с операторами энергии и импульса: Частицы, связанные преобразованием суперсимметрии, имеют одинаковую массу


Слайд 20

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 21 Суперсимметрия Операторов Q может быть несколько. Это –расширенная суперсимметрия. Сколько может быть «суперсимметрий» ? Рассмотрим основное состояние с определенной энеритей и спиральностью Далее будем последовательно действовать на это состояние операторами рождения, чтобы получить 1-частичное, 2-частичное и т.д. состояния энергия спиральность оператор уничтожения


Слайд 21

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 22 Суперсимметрия Всего состояний бозоны фермионы


Слайд 22

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 23 Суперпространство Требование перенормируемости и согласованности с теорией гравитации приводит к ограничениям N ? 4 для калибровочных теорий в плоском пространстве N ? 8 для супергравитации N=4 мультиплет: N=8 мультиплет:


Слайд 23

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 24 Суперпространство Для феноменологии пригодна N=1 суперсимметрия. Элегантную формулировку можно получить на языке суперпространства Суперпространство – обобщение пространства Минковского путем добавления двух новых грассмановых (т.е. антикоммутирующих) координат


Слайд 24

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 25 Суперпространство Преобразования суперсимметрии образуют группу. Групповой элемент обобщение трансляций в пространстве Минковского генерирует супертрансляции грассмановы параметры преобразований суперсимметрии


Слайд 25

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 26 Суперпространство Суперполя – поля, определённые на суперпространстве. Разложения суперполей в ряд Тейлора по грассмановым переменным содержат лишь несколько первых членов.


Слайд 26

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 27 Суперполя Простейший пример – общее скалярное суперполе Определим киральное суперполе, подчиняющееся условию Грассманово разложение для кирального суперполя имеет вид где


Слайд 27

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 28 Суперполя Коэффициенты разложения (функции от х, т.е. обычные поля) называются компонентными полями А(х) – комплексное скалярное поле (2 бозонных степени свободы), ?(х) – вейлевское спинорное поле (2 бозонных степени свободы) Поле F(х) (вспомогательное поле) не имеет физического смысла и может быть исключено с помощью уравнений движения.


Слайд 28

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 29 Суперполя Под действием преобразований суперсимметрии компонентные поля переходят друг в друга Заметим, что вариация вспомогательного поля F(x) есть полная производная, которая исчезает при интегрировании по пространству-времени Киральное суперполе используется для описания материи


Слайд 29

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 30 Суперполя Аналогично определяется антикиральное суперполе: Произведение киральных (антикиральных) суперполей также есть киральное (антикиральное) суперполе. Произведение кирального и антикирального суперполя есть общее суперполе


Слайд 30

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 31 Суперполя Рассмотрим произвольную функцию киральных суперполей и её разложение в ряд по грассмановым переменным Функцию W будем называть суперпотенциалом, который заменяет обычный потенциал для скалярных полей Суперпотенциал понадобится позже для построения суперсимметричных лагранжианов.


Слайд 31

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 32 Суперполя Для построения калибровочной теории нам необходимо действительное векторное суперполе . Это не киральное, а общее суперполе с разложением Физические степени свободы: калибровочное поле vµ и спинорное поле ?. Другие компоненты нефизические и их можно исключить. Векторное суперполе используется для описания переносчиков взаимодействий


Слайд 32

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 33 Суперполя Определим абелевы (супер)калибровочные преобразования. Под их действием суперполе V изменяется следующим образом (?,?? – некоторые киральные суперполя). В компонентах имеем Можно выбрать калибровку Весса-Зумино, оставляющую только физические степени свободы и вспомогательное поле D


Слайд 33

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 34 Суперполя Тогда имеем Можно определить тензор напряженности поля (аналог F??) который представляет из себя киральное суперполе


Слайд 34

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 35 Суперполя В компонентах тензор напряженности поля имеет вид В неабелевом случае


Слайд 35

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 36 Суперсимметричные лагранжианы Суперсимметричный лагранжиан может быть записан в полной аналогии с обычной теорией поля. Действие есть интеграл от лагранжевой плотности по пространству-времени. В суперсимметрии действие есть интеграл по суперпространству. Правила интегрирования по грассмановым переменным


Слайд 36

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 37 Суперсимметричные лагранжианы Лагранжиан, инвариантный относительно преобразований суперсимметрии имеет вид полинома по суперполям Кинетический член (общее скалярное суперполе). После разложения по компонентным полям даст обычные кинетические члены Суперпотенциал (киральное суперполе). После разложения по компонентным полям даст члены взаимодействия Скалярный потенциал


Слайд 37

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 38 Суперсимметричные лагранжианы Лагранжиан, содержащий калибровочные поля имеет вид (в калибровке Весса-Зумино) Полный лагранжиан (абелевой теории) в терминах суперполей


Слайд 38

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 39 Суперсимметричные лагранжианы Полный лагранжиан в компонентах Избавившись от вспомогательных полей F и D с помощью уравнений движения воспроизведем известное выражение для лагранжиана


Слайд 39

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 40 Суперсимметричные лагранжианы Скалярный потенциал состоит из двух частей F-член (происходит из суперсимметрично-инвариантной части лагранжиана – взаимодействия полей материи) D-член (происходит из калибровочно-инвариантной части лагранжиана для калибровочных полей и материи) Окончательно получаем Вид скалярного потенциала не произволен, а жестко фиксирован суперсимметрией


Слайд 40

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 41 Суперсимметричные лагранжианы Вид лагранжиана оказался полностью фиксированным требованиями симметрии (константа самодействия в потенциале – калибровочная !) Оставшаяся свобода Выбор полей материи Значения калибровочных констант связи Значения юкавских констант связи Массовые параметры В силу требования перенормируемости суперпотенциал должен быть ограничен кубичными членами (степень потенциала должна быть не выше 4)


Слайд 41

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 42 Суперсимметричные лагранжианы Общий рецепт построения суперсимметричной теории: Определить состав полей материи и калибровочных полей, которые мы хотим описать Построить тензор напряженности для векторных суперполей Построить кинетический член и суперпотенциал из киральных и антикиральных суперполей (полей материи) Записать полный лагранжиан в терминах суперполей Проинтегрировать по грассмановым переменным Избавиться от вспомогательных полей с помощью уравнений движения В результате получим лагранжиан, описывающий наши поля и суперпартнеров


Слайд 42

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 43 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) В суперсимметричных теориях число бозонных степеней свободы равно числу фермионных степеней свободы В Стандартной модели 28 бозонных степеней свободы: (4 + 8) ? 2 + 2 ? 2 векторные поля дублет комплексных (?,Z,W+,W- и глюоны) скалярных полей Хиггса 90 фермионных степеней свободы: (6 ? 3 + 3) ? 4 + 3 ? 2 кварки и лептоны нейтрино Стандартная модель несуперсимметрична


Слайд 43


Слайд 44

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 45 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Для суперсимметризации Стандартной модели необходимо добавить новые поля (суперпартнеры) В Стандартной модели нет фермионов с квантовыми числами калибровочных полей Несмотря на то что дублет лептонов и дублет полей Хиггса имеют одинаковые квантовые числа (1,2,-1), у них разные лептонные числа Вместо обычных полей будем использовать суперполя


Слайд 45


Слайд 46

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 47 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Почему необходим второй дублет полей Хиггса ? Массы фермионов (верхних и нижних кварков) В Стандартной модели массы фермионов возникали из юкавских взаимодействий В суперсимметрии H – киральное суперполе. Суперпотенциал также киральное суперполе и не может содержать антикиральное суперполе


Слайд 47

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 48 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Почему необходим второй дублет полей Хиггса ? Вторая причина – сокращение аномалий. Аномалии разрушают калибровочную инвариантность и перенормируемость. В Стандартной модели все ОК: В суперсимметричной версии Стандартной модели появился новый фермион – хиггсино. Для сокращения аномалии нужно второе хиггсино с противоположным гиперзарядом.


Слайд 48

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 49 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Лагранжиан МССМ Юкавские взаимодействия – взаимодействия полей материи (кварков и лептонов) и полей Хиггса (суперпотенциал): Переписав все в компонентах мы получим юкавские взаимодействия Стандартной модели + взаимодействия с суперпартнерами и вторым хиггсовским полем


Слайд 49

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 50 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Суперсимметрия разрешает также суперпотенциал Такие взаимодействия в Стандартной модели отсутствуют. Они приводят к нарушению лептонного и барионного числа. Избавиться от нежелательных взаимодействий можно потребовав сохранения новой симметрии – R-симметрии R-четность определяется как


Слайд 50

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 51 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Все частицы Стандартной модели имеют R-четность +1, суперпартнеры имеют R-четность -1. Следствия сохранения R-четности: Взаимодействия суперпартнеров являются точно такими же, как в Стандартной модели, только две из трех частиц в вершине должны быть заменены на их суперпартнеров Суперпартнеры рождаются парами Легчайшая суперчастица стабильна


Слайд 51

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 52 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Поскольку суперпартнеры пока не обнаружены, суперсимметрия может существовать только как нарушенная симметрия В МССМ используют т.н. мягкое нарушение суперсимметрии. Считается, что оно происходит в скрытом секторе. Переносчиками нарушения суперсимметрии из скрытого сектора в видимый могут выступать Гравитоны (SUGRA) Калибровочные поля Суперпартнеры калибровочных полей (различие только в деталях)


Слайд 52

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 53 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Мягкое нарушение суперсимметрии можно запараметризовать небольшим числом разрешенных структур Массовый член для скалярных компонент киральных суперполей Массовый член для фермионных компонент векторных суперполей Билинейный член мягкого нарушения суперсимметрии Трилинейный член мягкого нарушения суперсимметрии Суперсимметрия явно разрушается, т.к. компоненты одного и того-же суперполя теперь имеют разные массы


Слайд 53

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 54 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Часть лагранжиана МССМ, ответственная за нарушение суперсимметрии Получилось слишком много новых свободных параметров Теперь можно вычислить спектр масс суперчастиц


Слайд 54

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 55 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Спектр масс суперпартнеров gaugino – higgsino часть лагранжиана gluino neutralino chargino gluino источник: мягкое нарушение суперсимметрии


Слайд 55

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 56 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Спектр масс суперпартнеров chargino источники: мягкое нарушение суперсимметрии суперпотенциал взаимодействие калибровочных полей и материи


Слайд 56

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 57 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Спектр масс суперпартнеров neutralino источники: мягкое нарушение суперсимметрии суперпотенциал взаимодействие калибровочных полей и материи Массы физических состояний – собственные значения M(0)


Слайд 57

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 58 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Спектр масс суперпартнеров neutralino Если , то bino zino higgsino 1 higgsino 2


Слайд 58

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 59 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Спектр масс суперпартнеров скварки и слептоны (пример: топ-скварк) источники: суперпотенциал


Слайд 59

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 60 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Спектр масс суперпартнеров скварки и слептоны (пример: топ-скварк) мягкое нарушение суперсимметрии взаимодействие калибровочных полей и материи (D-член)


Слайд 60

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 61 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Спектр масс суперпартнеров скварки и слептоны (пример: топ-скварк) массовая матрица Массы двух физических состояний получаются диагонализацией Для легких поколений недиагональные члены пренебрежимо малы, хотя могут быть важны в петлевых поправках при рассмотрении редких процессов


Слайд 61

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 62


Слайд 62

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 63 Бозоны Хиггса в МССМ На древесном уровне потенциал полей Хиггса имеет вид причем константа самодействия полей Хиггса фиксирована и определяется калибровочными взаимодействиями в отличие от Стандартной модели Хиггсовский потенциал в соответствие с суперсимметрией положительно определен и устойчив. Он не имеет нетривиального минимума отличного от нуля.


Слайд 63

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 64 Бозоны Хиггса в МССМ «Бег» хиггсовских масс приводит к явлению, известному как радиационное нарушение электрослабой симметрии. Возникают условия для спонтанное нарушение электрослабой симметрии


Слайд 64

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 65 Бозоны Хиггса в МССМ В МССМ 5 физических состояний хиггсов. Два дублета комплексных полей содержат 8 степеней свободы. Из них три являются голдстоуновскими бозонами В Стандартной модели от одного дублета остается лишь один хиггсовский бозон


Слайд 65

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 66 Бозоны Хиггса в МССМ Массы хиггсовских бозонов получаются в результате диагонализации массовых матриц. Нейтральный СР-нечетный и заряженные бозоны Хиггса Нейтральные СР-четные бозоны Хиггса Если mA?MZ, то легчайший бозон Хиггса легче Z-бозона !


Слайд 66

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 67 Бозоны Хиггса в МССМ Неравенство разрушается радиационными поправками 1-петлевой вклад большой и положительный 2-петлевой вклад маленький и отрицательный


Слайд 67

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 68 Constrained MSSM Параметры Минимальной Суперсимметричной Стандартной Модели Калибровочные константы связи Юкавские константы связи Параметр смешивания полей Хиггса Параметры мягкого нарушения суперсимметрии Константа самодействия полей Хиггса уже не произвольный параметр. Она зафикисирована суперсимметрией Основная неопределенность возникает из-за параметров мягкого нарушения суперсимметрии


Слайд 68

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 69 Constrained MSSM Гипотеза универсальности: условие равенства параметров мягкого нарушения суперсимметрии на масштабе Великого объединения В результате остается всего 5 произвольных параметров против 2 в Стандартной модели


Слайд 69

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 70 Constrained MSSM Чтобы делать какие либо предсказания можно действовать двумя способами Выбрать низкоэнергетические параметры (массы суперпартнеров, параметры смешивания и т.д.) и вычислять сечения взаимодействия и др. как функции этих параметров Выбрать высокоэнергетические параметры, на основе ренормгруппы определить их низкоэнергетические значения и вычислить массы суперпартнеров, параметры смешивания и т.д.). Все вычисления теперь проводятся в терминах малого числа начальных параметров Экспериментальные ограничения достаточны для того, чтобы найти допустимые значения начальных параметров


Слайд 70

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 71 Constrained MSSM Выбор ограничений Объединение калибровочных констант связи. Одно из наиболее жестких ограничений. Фиксирует шкалу нарушения суперсимметрии. Массы суперпартнеров должны быть в ТэВной области MSUSY ~ 1 TeV


Слайд 71

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 72 Constrained MSSM Выбор ограничений Объединение юкавских констант связи. Требование объединения юкавских констант связи b-кварка и ?-лептона вместе с массой t-кварка сильно ограничивает на значения tan ?. Сценарий с малым tan ? Сценарий с большим tan ?


Слайд 72

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 73 Constrained MSSM Выбор ограничений Радиационное нарушение электрослабой симметрии и масса Z. Позволяет определить ? для заданных значений m0. Неопределенным остается знак ?.


Слайд 73

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 74 Constrained MSSM Выбор ограничений Можно зафиксировать одно из возможных значений tan ? Параметр ? вычисляется (с точностью до знака) Зависимость от параметра А обычно невелика (во многих случаях можно положить А=0) Из набора параметров остаются всего 2


Слайд 74

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 75 Constrained MSSM Выбор ограничений Экспериментальные ограничения на массу бозона Хиггса. Экспериментальное ограничение mH > 114 GeV исключают значения tan ? меньше 4 (ниже tan ? = 35, 50).


Слайд 75

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 76 Constrained MSSM Выбор ограничений Точные измерения вероятностей распадов. На вероятности распадов могут сильно влиять радиационные поправки от суперпартнеров. Пример: распад Экспериментальное значение превышает теоретические оценки в Стандартной модели, оставляя место для суперсимметрии.


Слайд 76

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 77 Constrained MSSM Выбор ограничений Пространство параметров сильно ограничивается, особенно в случае большого tan ? (tan ? = 35, 50).


Слайд 77

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 78 Constrained MSSM Выбор ограничений Аномальный магнитный момент мюона. Недавние измерения указывают на небольшое отклонение от предсказаний Стандартной модели. Недостаток снова может быть заполнен суперсимметрией.


Слайд 78

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 79 Constrained MSSM Выбор ограничений Для этого требуется , что закрывает половину пространства параметров (tan ? = 35, 50).


Слайд 79

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 80 Constrained MSSM Выбор ограничений Нейтральность легчайшей суперсимметричной частицы. Является следствием сохранения R-четности (tan ? = 35, 50).


Слайд 80

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 81 Constrained MSSM Выбор ограничений Экспериментальные ограничения на массы суперпартнеров Ненаблюдение суперпартнеров устанавливает нижний предел на их массы (что приводит к ограничению снизу на параметры мягкого нарушения суперсимметрии)


Слайд 81

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 82 Constrained MSSM Выбор ограничений Удивительно то, что всем этим ограничениям можно удовлетворить одновременно. В результате можно найти наиболее вероятные области в пространстве параметров


Слайд 82

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 83 Constrained MSSM Выбор ограничений Темная материя во Вселенной. Недавние астрофизические данные указывают на то, что Вселенная на четверть состоит из темной материи. Предполагая, что темная материя образована из нейтралино, получаются жесткие ограничения на пространство параметров.


Слайд 83

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 84 Constrained MSSM Собираем все вместе. Пространство параметров, удовлетворяющее всем ограничениям (tan ? = 35, 50).


Слайд 84

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 85 Favoured regions of parameter space WMAP data leave only very small allowed region as shown by the thin blue line which give acceptable neutralino relic density Excluded by LSP Excluded by Higgs searches at LEP2 Excluded by REWSB m0 – common scalar mass m1/2 – common gaugino mass


Слайд 85

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 86 Favoured regions of parameter space WMAP data leave only very small allowed region as shown by the thin blue line which give acceptable neutralino relic density 1. Bulk region (low m0 and low m1/2)


Слайд 86

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 87 Favoured regions of parameter space WMAP data leave only very small allowed region as shown by the thin blue line which give acceptable neutralino relic density 1. Bulk region (low m0 and low m1/2) 2. Stau-coannihilation region (moderate m0 but large m1/2)


Слайд 87

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 88 Favoured regions of parameter space WMAP data leave only very small allowed region as shown by the thin blue line which give acceptable neutralino relic density 1. Bulk region (low m0 and low m1/2) 2. Stau-coannihilation region (moderate m0 but large m1/2) 3. Focus point region (large m0 and low to moderate m1/2)


Слайд 88

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 89 Favoured regions of parameter space WMAP data leave only very small allowed region as shown by the thin blue line which give acceptable neutralino relic density 1. Bulk region (low m0 and low m1/2) 2. Stau-coannihilation region (moderate m0 but large m1/2) 3. Focus point region (large m0 and low to moderate m1/2) 4. A-annihilation funnel region (the region reguires large tan ?)


Слайд 89

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 90 EGRET Excess EGRET Data on diffuse Gamma Rays show excess in all sky directions with the same energy spectrum 9 yrs of data taken (1991-2000) Main purpose: sky map of point sources above diffuse background.


Слайд 90

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 91 EGRET Excess A: Inner Galaxy (l=±300, |b|<50) B: Galactic plane avoiding A (30-3300) C: Outer Galaxy (90-2700) D: Low latitude (10-200) E: Intermediate lat. (20-600) F: Galactic poles (60-900) Excess has the same shape implying the same source everywhere in the galaxy


Слайд 91

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 92 EGRET Excess A: Inner Galaxy (l=±300, |b|<50) B: Galactic plane avoiding A C: Outer Galaxy D: Low latitude (10-200) E: Intermediate lat. (20-600) F: Galactic poles (60-900)


Слайд 92

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 93 EGRET Excess A: Inner Galaxy (l=±300, |b|<50) B: Galactic plane avoiding A (30-3300) C: Outer Galaxy (90-2700) D: Low latitude (10-200) E: Intermediate lat. (20-600) F: Galactic poles (60-900) Excess has the same shape implying the same source everywhere in the galaxy EGRET gamma excess above extrapolated background from data below 0.5 GeV


Слайд 93

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 94 EGRET Excess vs WIMP annihilation The excess of diffuse gamma rays is compatible with WIMP mass of 50 -100 GeV Region A: inner Galaxy (l=±300, |b|<50) Background WIMP contribution


Слайд 94

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 95 EGRET Excess vs WIMP annihilation A: inner Galaxy (l=±300, |b|<50) B: Galactic plane avoiding A C: Outer Galaxy D: low latitude (10-200) E: intermediate lat. (20-600) F: Galactic poles (60-900)


Слайд 95

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 96 EGRET constraint EGRET region is compatible with all electroweak constraints as well as with cosmological and astrophysical constraints It corresponds to the best fit values of parameters tan ? = 51 m0 = 1400 GeV m1/2 = 180 GeV A0 = 0.5 m0


Слайд 96

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 97 EGRET constraint SUSY parameter space allowed by EGRET data and other constraints given by EW data, neutrality of the LSP and EW symmetry breaking It corresponds to the best fit values of parameters tan ? = 51 m0 = 1400 GeV m1/2 = 180 GeV A0 = 0.5 m0


Слайд 97

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 98 EGRET constraint Возможное объяснение превышения сигнала: аннигиляция нейтралино – частиц темной материи Дополнительный вклад Масса нейтралино оказывается ограниченной в пределах 50-100 ГэВ, отсюда следует ограничение на параметр m1/2


Слайд 98

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 99 Favoured regions of parameter space Superparticle spectrum for m0=1400 GeV, m1/2=180 GeV Squarks/sleptons are in TeV range Charginos and neutralinos are light LSP is largely Bino


Слайд 99

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 100 Favoured regions of parameter space SUSY parameters and superparticle spectrum


Слайд 100

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 101 Favoured regions of parameter space


Слайд 101

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 102 Comparison with direct DM searches Prediction from EGRET data assuming supersymmetry


Слайд 102

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 103 Superparticle production at LHC Light SUSY particles can be produces in reactions The first chargino is relatively light due to the gaugino component The cross-section is almost independent of m0


Слайд 103

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 104 Superparticle production at LHC Dependence of the cross-sections on m1/2 and cascade decays of chargino and neutralino Yellow – Green – Red –


Слайд 104

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 105 Superparticle production at LHC Dependence of the cross-sections on m1/2 and cascade decays of chargino and neutralino Yellow – Green – Red – Production cross-sections are unexpectedly large compared to the production cross-sections for strongly interacting particles


Слайд 105

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 106 Exploring EGRET point with ATLAS


Слайд 106

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 107 Exploring EGRET point with ATLAS In the EGRET point the process of pair gluino production appears to be very interesting quite large cross-section, PYTHIA estimation is 13 pb for very clear SUSY-like signature of events in the ATLAS detector. LSP in the final state is rather heavy leading to the quite large missing transverse momentum.


Слайд 107

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 108 Exploring EGRET point with ATLAS For the preliminary study we chose the process with good SUSY-like signature 4 b-jets + 4 muons + large missed transverse energy The 2nd gluino decays in the same way Branching ratios of gluinos for the shown decay mode is quite large


Слайд 108

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 109 Exploring EGRET point with ATLAS The physical picture of the process. It is assumed that both initial gluons had Pt ? 0 and all beam remnants fly along the beam axis (z). In order to study the clear signature of the process ISR and FSR during the events generation were switched off


Слайд 109

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 110 Exploring EGRET point with ATLAS The process inside the ATLAS Pixel detector (Layer1) on the XY plane. 4 muon (green) tracks 4 b-jet (dark blue) tracks 2 neutralino (light blue) tracks long lived B-meson (red) track


Слайд 110

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 111 Exploring EGRET point with ATLAS Pt distributions for the products of one of the gluinos decay. bb quarks pair total Pt; Pt distribution of lightest stable neutralino from the heavier neutralino decay; Pt distribution for muon pair. The number of events expected for ATLAS detector after one year of running with total LHC luminosity 1034cm-2s-1 is 150


Слайд 111

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 112 Exploring EGRET point with ATLAS B-hadrons live rather long time and move rather far from the interaction point. The free path distribution of B-hadrons provided all four B-hadrons have the free paths more than 100 ?m simultaneously. The 94% of the events satisfied this condition


Слайд 112

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 113 Exploring EGRET point with ATLAS Standard Model background The main background SM process to the SUSY-like one is The same signature of events but the missing Et is expected to be less than that for the SUSY-like case. The calculated total rate is < 0.5 event/year (AcerMC event generator).


Слайд 113

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 114 Prospects for SUSY searches The sensitivity reach of ATLAS in the AMSB parameter space for luminosities of 1 (short-dashed), 10 (long-dashed) and 100 (solid) fb-1


Слайд 114

24.12.2015 А. Гладышев “Суперсимметрия в физике частиц” 115 Физика счастиц Суперсимметрия – наиболее популярное расширение Стандартной модели Новая физика ожидается уже на шкале ~ 1 ТэВ Если наши предположения верны, то скоро нас ожидают новые открытия и таблица фундаментальных частиц заметно расширится


×

HTML:





Ссылка: