Domande fondamentali in fisica (delle particelle)
Higgs boson?
New symmetries?
Particelle
L’origine delle masse
Il meccanismo di Higgs?
Se no, cos’altro? Technicolours? Extra dimensioni?
Perche’ le masse sono quelle che sono?
Unificazione di forze e particelle
SUSY?
New constituents?
Capire l’Universo
Extradimensions?
Cosmologia
Perche’ materia e forze?
Perche’ 3 generazioni di particelle fondamentali?
Possiamo unificare tutte le forze?
SUSY?
Perche’ la gravita’ e’ 38 ordini di grandezza piu’ debole delle
altre forze?
Qual’e’ l’origine della materia oscura?
Il programma dell’ LHC e’ molto ambizioso. Vogliamo rispondere a molte di
queste domande.
Potremmo essere ad un passo da una rivoluzione della nostra comprensione
della fisica fondamentale.
Roberto Chierici
2
Un altro esempio: la materia oscura
Oggetti luminosi (stelle, galassie) si
muovono troppo velocemente per
essere soggetti solo all’attrazione
gravitazionale di cio’ che e’ visibile.
Esempio notevole: la velocita’
rotazionale di intere galassie
-
e
q
Approssimativamente solo il 5% di quello
che vediamo (cioe’ che emette radiazione
EM) rappresenta la massa dell’universo !
-
c1
~
q
p
q
ne
q
~
g
p
~
q
+
0
2
~
c
Roberto Chierici
m
-
m
0
1
~
c
L’estensione piu’ accreditata del Modello
Standard (Supersimmetria) prevede
l’esistenza di molti altri partner della
materia ‘standard’, tra cui i candidati
principali di questa materia oscura.
3
Supersimmetria
SUSY
Nuova simmetria tra materia e forza
Predice un partner di spin s-½ per ogni
particella del Modello Standard di spin s
Le masse di queste nuove particelle e’
sconosciuta, ma le sezioni d’urto di produzioni
~q
~, q
~g
~, g
~g
~ eventi al
sarebbero grandi (~100 q
giorno per m (~
q, ~
g) ~ 1 TeV )
Scoperta molto rapida
300/fb
Roberto Chierici
Segnature spettacolari:
tipicamente molte
particelle prodotte e
grande energia
mancante
100%
100%
30%
4
Extra dimensioni
Molto interesse per modelli con dimensioni
supplementari:
Tutte le particelle (noi!) sono confinate
in 4 dimensioni
Solo la gravita’ « vede » le altre dimensioni
La gravita’ ha la stessa « intensita’ » delle altre
forze, ma e’ « diluita » in piu’ dimensioni
I gravitoni possono accoppiarsi a particelle
ordinarie, e dare segnali visibili all’LHC:
Gravitoni come particelle finali: sfuggono in
altre dimensioni, si manifestano come energia
mancante all’evento
Gravitoni come particelle intermedie:
extra produzione di particelle standard,
presenza di risonanze
Altre possibili manifestazioni di
dimensioni supplementari sono
particelle eccitate (Kaluza-Klein)
o la Roberto
produzione
di micro buchi neri.
Chierici
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Buchi neri
Extra dimensions have very small
radius and imply that gravity is
Nella Meccanica Quantistica irradiano !
much stronger at shorter distances
‘Normal’ BH:
‘Mini’ BH:
Get more than ~TeV of energy into
mass: ~ msun
mass: ~ 1000 mp
a small ‘enough’ region and a black
size: ~ Km
size: ~ 10-18 m
T: ~ 0.01 K
T: ~ 1016 K
hole forms spontaneously
Lifetime: ~forever Lifetime: 10-27 s
(impossible if only 4D)
They decay instantaneously on the
LHC time scales, and evaporate
because of the Hawking radiation
Roberto Chierici
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Signatures for black holes
Micro black holes explode due to the
Hawking’s radiation
In the evaporation, every kind of particle
can be produced, in a democratic way…
Mostly hadrons and leptons (~20-30 per
decay, but also , W, Z, tops, Higgses…)
Evidence in seconds…
W/Z
H
t
1 LHC hour
Roberto Chierici
The end of short distance physics ?
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