Roberto Chierici 2

Il programma dell’ LHC e’ molto ambizioso. Vogliamo rispondere a Il programma dell’ LHC e’ molto ambizioso. Vogliamo rispondere a molte di queste domande.molte di queste domande.Potremmo essere ad un passo da una rivoluzione della nostra Potremmo essere ad un passo da una rivoluzione della nostra comprensione della fisica fondamentale. comprensione della fisica fondamentale.

Higgs boson?Higgs boson? New symmetries?New symmetries?

New constituents?New constituents?SUSYSUSY??

Extradimensions?Extradimensions?

L’origine delle masseL’origine delle masse

Il meccanismo di Higgs?Il meccanismo di Higgs? Se no, cos’altro? Technicolours? Extra dimensioni?Se no, cos’altro? Technicolours? Extra dimensioni? Perche’ le masse sono quelle che sono?Perche’ le masse sono quelle che sono?

Unificazione di forze e particelleUnificazione di forze e particelle

Perche’ materia e forze?Perche’ materia e forze? Perche’ 3 generazioni di particelle fondamentali?Perche’ 3 generazioni di particelle fondamentali? Possiamo unificare tutte le forze?Possiamo unificare tutte le forze?

Capire l’UniversoCapire l’Universo

Perche’ la gravita’ e’ 38 ordini di grandezza piu’ debole delle Perche’ la gravita’ e’ 38 ordini di grandezza piu’ debole delle altre forze?altre forze? Qual’e’ l’origine della materia oscura?Qual’e’ l’origine della materia oscura?

Cosm

olo

gia

Cosm

olo

gia

Partice

lleP

artice

lle

SUSYSUSY??

Domande fondamentali in fisica (delle Domande fondamentali in fisica (delle particelle)particelle)

Roberto Chierici 3

Un altro esempio: la materia oscura Un altro esempio: la materia oscura

Oggetti luminosi (stelle, Oggetti luminosi (stelle, galassie) si muovono troppo galassie) si muovono troppo velocemente per essere velocemente per essere soggetti solo all’attrazione soggetti solo all’attrazione gravitazionale di cio’ che e’ gravitazionale di cio’ che e’ visibile.visibile.Esempio notevole: la velocita’ Esempio notevole: la velocita’ rotazionale di intere galassierotazionale di intere galassie

L’estensione piu’ accreditata del L’estensione piu’ accreditata del Modello Standard (Supersimmetria) Modello Standard (Supersimmetria) prevede l’esistenza di molti altri prevede l’esistenza di molti altri partner della materia ‘standard’, partner della materia ‘standard’, tra cui i candidatitra cui i candidatiprincipali di questa materia oscura.principali di questa materia oscura.

p p

e- e

q

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-

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10~

Approssimativamente solo il 5% di Approssimativamente solo il 5% di quello quello che vediamo (cioe’ che emette che vediamo (cioe’ che emette radiazione EM) rappresenta la radiazione EM) rappresenta la massa dell’universo !massa dell’universo !

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SUSY

gggqqq ~~ ,~~ ,~~

TeV 1~ )g~ ,q~( m

Nuova simmetria tra materia e forzaNuova simmetria tra materia e forza

Predice un partner di spin s-Predice un partner di spin s-½ per ogni ½ per ogni particella del Modello Standard di particella del Modello Standard di spin sspin s

100%100%

100%100% 30%30%

Segnature Segnature spettacolari: spettacolari: tipicamente molte tipicamente molte particelle prodotte e particelle prodotte e grande energia grande energia mancante mancante

Le masse di queste nuove particelle e’ Le masse di queste nuove particelle e’ sconosciuta, ma le sezioni d’urto di sconosciuta, ma le sezioni d’urto di produzioni sarebbero grandiproduzioni sarebbero grandi (~100 (~100 eventi al giorno per ) eventi al giorno per )

Scoperta molto rapidaScoperta molto rapida

Supersimmetria Supersimmetria

300/fb300/fb

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Extra dimensioniExtra dimensioni

Molto interesse per modelli con Molto interesse per modelli con dimensioni supplementari:dimensioni supplementari:

Tutte le particelle (noi!) sono confinate Tutte le particelle (noi!) sono confinate in 4 dimensioniin 4 dimensioni Solo la gravita’ « vede » le altre Solo la gravita’ « vede » le altre dimensionidimensioni La gravita’ ha la stessa « intensita’ » delle La gravita’ ha la stessa « intensita’ » delle altre altre forze, ma e’ « diluita » in piu’ dimensioniforze, ma e’ « diluita » in piu’ dimensioni

I gravitoni possono accoppiarsi a I gravitoni possono accoppiarsi a particelle ordinarie, e dare segnali particelle ordinarie, e dare segnali visibili all’LHC:visibili all’LHC:

Gravitoni come particelle finali: sfuggono Gravitoni come particelle finali: sfuggono in in altre dimensioni, si manifestano come altre dimensioni, si manifestano come energia energia mancante all’eventomancante all’evento Gravitoni come particelle intermedie: Gravitoni come particelle intermedie: extra produzione di particelle standard, extra produzione di particelle standard, presenza di risonanzepresenza di risonanze

Altre possibili manifestazioni di Altre possibili manifestazioni di dimensioni supplementari sono dimensioni supplementari sono particelle eccitate (Kaluza-Klein) particelle eccitate (Kaluza-Klein) o la produzione di micro buchi neri.o la produzione di micro buchi neri.

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Extra dimensions have very small Extra dimensions have very small radius and imply that gravity is radius and imply that gravity is much stronger at shorter distancesmuch stronger at shorter distances

Get more than ~TeV of energy into Get more than ~TeV of energy into a small ‘enough’ region and a a small ‘enough’ region and a black holeblack hole forms spontaneously forms spontaneously

(impossible if only 4D)(impossible if only 4D)

They decay instantaneously on the They decay instantaneously on the LHC time scales, and evaporate LHC time scales, and evaporate because of the Hawking radiation because of the Hawking radiation

Nella Meccanica Quantistica Nella Meccanica Quantistica irradiano ! irradiano !

‘‘Normal’ BH:Normal’ BH:mass: ~ mmass: ~ msunsun

size: ~ Kmsize: ~ KmT: ~ 0.01 KT: ~ 0.01 KLifetime: Lifetime: ~forever ~forever

‘‘Mini’ BH:Mini’ BH:mass: ~ 1000 mass: ~ 1000 mmpp

size: ~ 10size: ~ 10-18-18 m mT: ~ 10T: ~ 101616 K KLifetime: 10Lifetime: 10-27-27 s s

Buchi neriBuchi neri

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Signatures for black holesSignatures for black holes

Evidence in Evidence in seconds… seconds…

1 LHC hour

W/ZH t

The end of short distance physics ?The end of short distance physics ?

Micro black holes explode due to the Micro black holes explode due to the Hawking’s radiationHawking’s radiation

In the evaporation, every kind of particle In the evaporation, every kind of particle can be produced, in a democratic way… can be produced, in a democratic way… Mostly hadrons and leptons (~20-30 per decay, Mostly hadrons and leptons (~20-30 per decay, but also but also , W, Z, tops, Higgses…), W, Z, tops, Higgses…)