Fizyka cząstek 5: Co dalej?

Fizyka cząstek V: Co dalej?
Perspektywy
Astrocząstki
Wielka unifikacja (GUT)?
Jak wiemy, gs maleje z Q2, a g i g’ z GSW rosną (jak a w
QED). Można ocenić, że przy Q2≈L2= (1015GeV/c)2
wszystkie równe: „wielka unifikacja”.
Najprostsza teoria unifikacji: SU(5); jej podgrupy to SU(3) i
SU(2)×U(1). Kwintety np. (dr,db,dg,e+,n¯e), oprócz g, g, W, Z
nowe bozony: X, Y o m≈1015GeV. Gratis: związek
qp=qd+2qu=-qe; wyjaśnienie małości mn≈ml2/mX. Ale
sin2QW≈0.214< sin2QWexp≈0.22; także tp≈mX4c2/gU4mp3≈1030y
za mały (przy tym równość gs ,g, g’ dla Q2=L2 tylko
przybliżona). Możliwe lekarstwo: inna grupa albo
Supersymetria
• Łączy bozony i fermiony: dla każdej znanej cząstki
istnieje „superpartner” (bozon dla fermionu, f. dla b.).
• Wymaga istnienia nowych bozonów Higgsa (także
naładowanych).
• Jeśli najlżejsi „superpartnerzy” to cząstki stabilne, mogą
być „ciemną materią”.
• Zakładając ich masy rzędu mas W, Z można naprawić
wszystkie wady „zwykłej” GUT. LHC – brak sygnałów.
Prawie zapomniane - preony, rishony
Pozornie najprostsza kontynuacja historii: kwarki, leptony
nieelementarne, jak przedtem hadrony? Wady:
•
nieelementarna cząstka uwięziona?
•
wszystkie znane q, l to stany podstawowe, ekonomia?
•
oddziaływania: nowe bozony?
Naprawdę ambitne:
1. Superstruny, 2. Nowe wymiary.
1. Podstawowa zmiana teorii: obiekty elementarne liniowe,
nie punktowe. Teoria konsystentna tylko w określonej
liczbie wymiarów (26, potem 10). Redukcja do „widocznej”
przestrzeni 3+1 niestety niejednoznaczna! Supersymetria?
2. Niezależnie od strun możliwość extra wymiarów. Jeśli
„kompaktyfikacja” nie na długości Plancka, może widoczne
w grawitacji? Modyfikacja prawa Newtona dla małych r?
3. Korespondencja AdS (superstruny w przestrzeni anty-de
Sittera) – CFT (konforemna teoria pola)? Wyniki - plazma?
Fizyka „astrocząstek” 1: Neutrina kosmiczne
Oprócz „słonecznych”, „supernowych” i „atmosferycznych”
przewidywane istnienie neutrin „tła 1.8K”, czyli poniżej meV
(NR). Nierejestrowalne, chyba że z „ultrawysokich energii”.
Dla mn≈0.1eV/c2 proces n¯n→Z0 przy E0≈1023eV. Jeśli są
n o energiach tego rzędu, przy E0 oczekiwane minimum!
Inna możliwość: zakłócenie rozpadów b (zakaz Pauli’ego)?
Inne sugestie: dalsze rodziny, n sterylne?
Poszukiwania neutrin wysokich energii:
Ice Cube na biegunie południowym
Ice Cube i widma neutrin z różnych źródeł;
czerwona linia oznacza możliwości pomiaru
Fizyka astrocząstek 2: Ciemna materia
Z zależności prędkości gwiazd od odległości od centrum
galaktyk wiadomo, że poza materią „świecącą” (krzywa A
wg. Keplera) grawitacja także od „ciemnej”.
Nie obiekty zwarte, bo poszukiwania przez
„mikrosoczewkowanie grawitacyjne” (metoda
Paczyńskiego) wykazuje za mało takich obiektów np. w
naszej Galaktyce. Nie neutrina, bo za lekkie.
Przykład efektu ciemnej materii: „bullet cluster”
różowy rozkład materii z promieniowania X,
niebieski rozkład masy
Fizyka astrocząstek, ciemna materia 2
Cząstki ciemnej materii powinny być słabo
oddziałujące i neutralne jak n, aby nie
wiązały się („WIMP” - weakly interacting
massive particles). Możliwość: „najlżejsi
superpartnerzy” („neutralina”) jako
„zimna ciemna materia” (n to „gorąca”).
Analiza promieniowania tła i SN: masa to
30%, reszta to „ciemna energia” (?!).
Fizyka astrocząstek 3:
Asymetria materia-antymateria?
Sugestia z modelu Big-Bang: równa kreacja barionów i
antybarionów; obserwowalny Wszechświat - bariony.
Wyjaśnienie (Sacharow przed pół wiekiem):
• niezachowanie CP (odkryte Fitch, Cronin 1964),
• niezachowanie B (poszukiwane do dziś),
• nierównowagowy stan Wszechświata (jak w BB)
powodują minimalną nadwyżkę barionów przy rozpadach;
po anihilacji niemal wszystkich (dziś jeden na 108 fotonów)
tylko to zostało! Nadal drobne kłopoty l/B.
Podsumowanie
Model standardowy zgodny z wszystkimi danymi, ale
• wiele swobodnych parametrów, dowolność,
• niezadowalający matematycznie.
Zatem wiele sugestii zmian! Odpowiedzi w LHC?
Ważne sugestie z astrofizyki! Istotny postęp z rozwoju
„astrocząstek”?
Chińskie przekleństwo:
„Obyś żył w ciekawych czasach!”