СУПЕРСИММЕТРИЯ В ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ Алексей Гладышев (ОИЯИ, Дубна & ИТЭФ, Москва) Байкальская школа по физике элементарных частиц и астрофизике 12-15 июля 2004. - презентация

1 СУПЕРСИММЕТРИЯ В ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ Алексей Гладышев (ОИЯИ, Дубна & ИТЭФ, Москва) Байкальская школа по физике элементарных частиц и астрофизике июля 2004

2 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц2 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. Предсказания спектра масс суперпартнеров и хиггсовских бозонов. Поиск суперсимметрии на ускорителях. Космологические приложения (темная материя).

3 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц3 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)

4 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц4

5 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц5 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

6 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц6 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)

7 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц7 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

8 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц8 Стандартная модель: недостатки Большое число свободных параметров: калибровочные константы связи g s, 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 ? Число поколений полей материи: почему именно 3 ?

9 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц9 Стандартная модель: недостатки Почему заряд протона в точности равен заряду электрона ? Почему «сильные взаимодействия» сильные, а «слабые» - слабые ? Не ясен механизм нарушения электрослабой симметрии. Является ли бозон Хиггса фундаментальной частицей ? В чем причина СР - нарушения ? Происхождение спектра масс: почему массы частиц именно такие ? Как включить в рассмотрение гравитацию ? В рамках Стандартной Модели ответа на эти вопросы нет

10 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц10 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

11 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц11 Великое Объединение Идея объединения основана на наблюдении, что три константы связи, описывающие Стандартную Модель, стремятся к одной точке Уравнения ренормгруппы (Стандартная Модель):

12 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц12 Великое Объединение Однако, в Стандартной модели не происходит настоящего объединения констант связи при высоких энергиях Уравнения ренормгруппы (Минимальная Суперсимметричная Стандартная Модель - МССМ):

13 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц13 Великое Объединение В Минимальной Суперсимметричной Стандартной Модели (МССМ) константы связи объединяются при высоких энергиях

14 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц14 Великое Объединение ВЫВОД: для объединения необходима суперсимметрия Зная начальные условия при «низких» энергиях можем вычислить Масштаб нарушения суперсимметрии ~ 1 TeV

15 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц15 Проблема иерархий Проблема иерархий – существование энергетических масштабов, различающихся между собой на много порядков Масштаб нарушения электрослабой симметрии ( m W 100 GeV ) Масштаб Великого объединения ( m GUT GeV ) и / или планковский масштаб ( m P GeV ) Возможное решение: постулировать (разрешить) такую иерархию (пусть это и неестественно)

16 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц16 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 )

17 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц17 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

18 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц18 Космология и суперсимметрия Космологические данные последних лет указывают на существование «новой физики» Во Вселенной присутствует небарионная тёмная материя Суперсимметрия может предложить на роль составляющей темной материи новую частицу – нейтралино. Барионная материя (Стандартная модель) Вся материя ( ? ) Тёмная энергия ( ? )

19 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц19 Суперсимметрия: мотивация Самосогласованность теорий Великого объединения: объединение констант связи Решение проблемы иерархий Объединение физики частиц и гравитации (супергравитация) Ограничение сверху на массу хиггсовского бозона Проблема темной материи во Вселенной Суперструны

20 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц20 Суперпространство Элегантную формулировку суперсимметрии можно получить на языке суперпространства Суперпространство – обобщение пространства Минковского путем добавления двух новых грассмановых (т.е. антикоммутирующих) координат

21 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц21 Суперпространство Групповой элемент в суперпространстве строится следующим образом что приводит к супертрансляции в суперпространстве Суперполя – поля, определённые на суперпространстве. Простейший пример – общее скалярное суперполе Его разложение в ряд Тейлора по грассмановым переменным содержит лишь несколько первых членов.

22 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц22 Суперполя Определим киральное суперполе, подчиняющееся условию Грассманово разложение для кирального суперполя имеет вид где

23 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц23 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) не имеет физического содержания и может быть исключено с помощью уравнений движения. Оно называется вспомогательным полем

24 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц24 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

25 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц25 Суперполя Аналогично определяется антикиральное суперполе: Произведение киральных (антикиральных) суперполей также есть киральное (антикиральное) суперполе. Произведение кирального и антикирального суперполя есть общее суперполе

26 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц26 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.

27 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц27 Суперполя Для построения калибровочной теории нам необходимо действительное векторное суперполе. Это не киральное, а общее суперполе с разложением Физические степени свободы: калибровочное поле v и спинорное поле. Другие компоненты нефизические и их можно исключить. Векторное суперполе используется для описания переносчиков взаимодействий

28 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц28 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

29 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц29 Суперполя Тогда имеем Можно определить тензор напряженности поля (аналог F ) который представляет из себя киральное суперполе

30 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц30 Суперполя В компонентах тензор напряженности поля имеет вид В неабелевом случае

31 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц31 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

32 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц32 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

33 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц33 Суперсимметричные лагранжианы Лагранжиан, инвариантный относительно преобразований суперсимметрии и калибровочных преобразований имеет вид (в калибровке Весса-Зумино) Полный лагранжиан в терминах суперполей

34 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц34 Суперсимметричные лагранжианы Полный лагранжиан в компонентах Избавившись от вспомогательных полей F и D воспроизведем известное выражение для лагранжиана

35 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц35 Суперсимметричные лагранжианы Скалярный потенциал состоит из двух частей F -член (происходит из суперсимметрично-инвариантной части лагранжиана) D -член (происходит из калибровочно-тнвариантной части лагранжиана) Окончательно получаем

36 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц36 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)

37 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц37 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 суперполях Проинтегрировать по грассмановым переменным Избавиться от вспомогательных полей с помощью уравнений движения В результате получим лагранжиан, описывающий наши поля и суперпартнеров

38 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц38 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) векторные поля дублет комплексных (,Z,W +,W - и глюоны) скалярных полей Хиггса 90 фермионных степеней свободы: ( ) кварки и лептоны нейтрино Стандартная модель несуперсимметрична

39 БозоныФермионы SU(3)SU(2)U(1) Поля материи LiLi 12 EiEi 112 QiQi 321/3 UiUi 3*3*1-4/3 DiDi 3*3*12/3 Переносчики взаимодействий GaGa 800 V k 130 V ' 110 Поля Хиггса H1H1 12 H2H2

40 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц40 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

41 БозоныФермионы SU(3)SU(2)U(1) Поля материи LiLi 12 EiEi 112 QiQi 321/3 UiUi 3*3*1-4/3 DiDi 3*3*12/3 Переносчики взаимодействий GaGa 800 V k 130 V ' 110 Поля Хиггса H1H1 12 H2H2 121

42 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц42 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 – киральное суперполе. Суперпотенциал также киральное суперполе и не может содержать антикиральное суперполе

43 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц43 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.

44 БозоныФермионы SU(3)SU(2)U(1) Поля материи LiLi 12 EiEi 112 QiQi 321/3 UiUi 3*3*1-4/3 DiDi 3*3*12/3 Переносчики взаимодействий GaGa 800 V k 130 V ' 110 Поля Хиггса H1H1 12 H2H2 121

45 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц45 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Лагранжиан МССМ состоит из трех основных частей: 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

46 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц46 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

47 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц47 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

48 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц48 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)

49 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц49 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

50 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц50 Минимальная суперсимметричная стандартная модель (МССМ) Часть лагранжиана МССМ, ответственная за нарушение суперсимметрии Получилось слишком много новых свободных параметров Теперь можно вычислить спектр масс суперчастиц

51 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц51 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.

52 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц52 Бозоны Хиггса в МССМ «Бег» хиггсовских масс приводит к явлению, известному как радиационное нарушение электрослабой симметрии. Возникают условия для спонтанное нарушение электрослабой симметрии

53 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц53 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

54 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц54 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 m A M Z, то легчайший бозон Хиггса легче Z-бозона !

55 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц55 Бозоны Хиггса в МССМ Неравенство разрушается радиационными поправками 1-петлевой вклад большой и положительный 2-петлевой вклад маленький и отрицательный

56 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц56 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

57 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц57 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

58 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц58 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

59 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц59 Constrained MSSM Выбор ограничений Объединение калибровочных констант связи. Одно из наиболее жестких ограничений. Фиксирует шкалу нарушения суперсимметрии. Радиационное нарушение электрослабой симметрии и масса Z-бозона. Позволяет определить для заданных значений m 0. Неопределенным остается знак.

60 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц60 Constrained MSSM Выбор ограничений Объединение юкавских констант связи. Требование объединения юкавских констант связи b -кварка и - лептона вместе с массой t -кварка является сильным ограничением на значения tan. Существует две возможности Сценарий с малым tan Сценарий с большим tan

61 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц61 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. Пространство параметров сильно ограничивается, особенно в случае большого tan.

62 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц62 Constrained MSSM Выбор ограничений Аномальный магнитный момент мюона. Недавние измерения указывают на небольшое отклонение от предсказаний Стандартной модели. Недостаток снова может быть заполнен суперсимметрией. Для этого требуется, что закрывает половину пространства параметров. Нейтральность легчайшей суперсимметричной частицы. Является прямым следствием сохранения R -четности. В теориях с нарушенной R -четностью такой частицей может быть суперпартнер -лептона

63 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц63 Constrained MSSM Выбор ограничений Экспериментальные ограничения на массы суперпартнеров и бозона Хиггса. Экспериментальное ограничение с косвенными ограничениями из радиационных поправок дают 113 < m H < 200 GeV Ненаблюдение суперпартнеров устанавливает нижний предел на их массы (что приводит к ограничению снизу на параметры мягкого нарушения суперсимметрии)

64 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц64 Constrained MSSM Выбор ограничений Темная материя во Вселенной. Недавние астрофизические данные указывают на то, что. Предполагая, что темная материя образована из нейтралино, получаются жесткие ограничения на пространство параметров. Удивительно то, что всем этим ограничениям можно удовлетворить одновременно В результате можно найти наиболее вероятные области в пространстве параметров

65 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц65 Constrained MSSM Для нахождения наиболее вероятных значений параметров построим функцию 2 и найдем ее минимум Experimental data (input) Fit parameters low tan high tan 1, 2, 3 m t,m b,m M Z BR(b s ) M GUT, GU T Y t 0,Y b 0,Y 0 m 0,m 1/2 tan A 0 M GUT, GU T Y t 0,Y b 0,Y 0 m 0,m 1/2 tan A 0

66 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц66 Constrained MSSM Минимум 2 -функции и разрешенные области в пространстве параметров МССМ tan фиксирован, - вычисляется, роль параметра А невелика. Остаются два важных параметра m 0,m 1/2

67 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц67 Constrained MSSM Массы суперпартнеров на допустимой области пространства параметров МССМ

68 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц68 Constrained MSSM Как только набор параметров фиксирован, можно вычислить массы суперпартнеров Symbol Low tan High tan tan m0m m 1/ (0) A(0)00 1/ GUT 24.8 M GUT Symbol Low tan High tan 214, , , , , , , , , , , , , , , , 906 h, H95, , 565 A, H 1340, , 571

69 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц69 Поиски хиггсовского бозона Ограничение на массу хиггсовского бозона в Стандартной модели m H 135 GeV Ограничение на массу хиггсовского бозона в Суперсимметричной Стандартной модели m H 130 GeV

70 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц70 Суперсимметрия на ускорителях При достаточной энергии на ускорителях могут рождаться суперчастицы Рождение и последующий распад суперпартнеров сильно зависит от модели и спектра масс. Если сохраняется R-четность, после распадов остаются одни нейтралино (легчайшие суперчастицы). Характерной особенностью этих процессов является недостающая энергия, т.к. нейтралино не регистрируются.

71 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц71 Суперсимметрия на ускорителях Примеры процессов рождения суперчастиц е + е - коллайдеры Адронные коллайдеры

72 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц72 Суперсимметрия на LEP Попытки найти суперсимметрию на LEP положительных результатов не дали. Получены лишь нижние оценки на массы, например m 0 40 GeV m GeV m 100 GeV

73 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц73 Суперсимметрия на TeVatronе Reach limits for TeVatron Excluded regions in parameter space Dilepton channel 3 jet channel

74 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц74 Суперсимметрия на LHC 5 σ reach in jets channel

75 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц75 Суперсимметрия на LHC Reach limits for various channels at 100 fb -1

76 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц76 Суперсимметрия и темная материя Свидетельства существования темной материи Плоские ротационные кривые спиральных галактик Динамика галактик в скоплениях Наблюдение движения Магеллановых Облаков относительно нашей Галактики Вклад темной материи в критическую плотность Вселенной

77 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц77 Суперсимметрия и темная материя Какая может быть темная материя ? Барионная темная материя (коричневые карлики, гигантские планеты, черные дыры (?) ) Горячая небарионная темная материя (массивные нейтрино) Недостаточно для объяснения Холодная небарионная темная материя (слабовзаимодействующие массивные частицы - WIMPs). Суперсимметрия предлагает хорошего кандидата - нейтралино

78 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц78 Суперсимметрия и темная материя Нейтралино – смесь суперпартнеров фотона, Z-бозона и нейтральных бозонов Хиггса. В МССМ 4 нейтралино. Нейтральная частица ! В «классическом» варианте МССМ легкое нейтралино является легчайшей суперчастицей (LSP) Стабильная частица ! (Следствие R-четности) Нейтралино могли возникнуть в результате Большого взрыва в нужном количестве, чтобы дать объяснение темной материи Экспериментальное нижнее ограничение на массу

79 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц79 Суперсимметрия и темная материя Наблюдение WIMP Экспериментальное проявление WIMP – их упругое рассеяние на ядрах атомов подходящей мишени. При движении Солнечной системы относительно Галактики в зависимости от времени года скорость движения Земли вокруг Солнца либо положительный, либо отрицательный вклад в суммарную скорость. При этом поток WIMP периодически изменяется, значит должно меняться сечение рассеяния.

80 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц80 Суперсимметрия и темная материя В эксперименте DAMA/NaI действительно наблюдается характерная зависимость сечения от времени. Результаты анализа интерпретируются как наблюдение WIMP с массой Сечение рассеяния WIMP на нуклоне

81 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц81 Суперсимметрия и темная материя Другие эксперименты пока не подтверждают данных DAMA/NaI

82 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц82 Суперсимметрия в космосе

83 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц83 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

84 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц84

85 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц85

86 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц86

87 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц87

88 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц88

89 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц89

90 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц90

91 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц91

92 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц92

93 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц93

94 А. Гладышев Суперсимметрия в физике частиц94