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!”