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
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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.
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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%
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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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