Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
GüncelsorunlarveçözümarayışıG.Ünel
CERNTürkÖğretmenlerÇalıştayı8Ocak2018
?
BüyükPatlama’danhemensonraevrenimizbirparçacıkkadarküçüktü.
2
…veevrenimizingelişimiparçacıklarlaveonlarınetkileşimiyledoğrudanbağlantılıdır. 3
4
Enbüyüklerianlamakiçinenküçüğüçalışmak
18081911
çekirdek
1918(1932)1964
1897Temelparçacık
Temelparçacık(Dalton)
A New System of Chemical Philosophy
STANDARTMODELtemelparçacıklarveetkileşimlerhakkındakibütünbilgimiziiçerenbirkuramlarbütünüdür.
▪ Herkuarktan3renk.
▪ Herparçacıkiçinbirkarşıparçacık
▪ Etkileşimlerkuvvettaşıyıcıparçacıklarlayönlendirilirler
▪ Toplamda60parçacık (LHCöncesinde)
5
StandartModeldoğrudur,ancakeksiklerivardır.
B o s o n l a r
foton
0 γ10
Z bosonu
91.2 GeV/c2
Z10
gluon
0 g10
W bosonu
80.4 GeV/c2
W±1±1
Higgs bosonu
125.1 GeV/c2
Ho00
yukarı
2.4 MeV/c2
u½⅔
aşağı
4.8 MeV/c2
d½-⅓
elektron nötrino
<2.0 eV/c2
νe½0
elektron
0.511 MeV/c2
e½-1
tılsım
1.27 GeV/c2
c½⅔
acayip
104 MeV/c2
s½-⅓
müon nötrino
<0.19 MeV/c2
νμ½0
müon
105.7 MeV/c2
μ½-1
üst
173.3 GeV/c2
t½⅔
alt
4.2 GeV/c2
b½-⅓
tau nötrino
<18.2 MeV/c2
ντ½0
tau
1.777 GeV/c2
τ½-1Le
pton
lar
1. aile 2. aile 3. aile
kütle➝yük➝
dönü➝
isim➝
Kuarklar
F e r m i y o n l a r
6ψ φ Α W
SM içeriği7
‣Fermionlar: madde parçacığı•Kuvarklar & Leptonlar
‣Ayar kümesi yapısı•ayar bosonlar: kuvvet taşıyıcılar
‣EZ Bakışım Kırılması•Higgs bosonu ile kütle kazanımı
‣3+1 uzay-zaman
ψ
φψψ
SU(3)×SU(2)×U(1)
https://www.nikhef.nl/pub/theory/academiclectures/bs06_one.pdf
8
YaSMileuyuşmayanbeklenmedikbirgözlemyapacağızvegözlemegöre
yenibirkuramoluşturacağız…
YadaSMineksiklerindençıkıpyenikuramlar
bularakonlarınizleriniaraştıracağız.
StandartModeldoğrudur–doğruluğudeneylercekanıtlandı.AncakSMeksiktir.Açıklayamadığışeylervardır.
Dünyadüzdür. Dünyayuvarlaktır.
Bakışaçımızıgenişletmemizgerekiyor.BukonudaStandartModel’ineksikleribizeyardımcıolacak!
9
SM içeriği10
‣SM en son kuram olamaz:• Hierarchy sorunu: δH ~ MH• EZ ve Güçlü kuvvetler birleşmiyor• Gelişigüzel fermion kütleleri & karışımları• Gelişigüzel aile sayısı• Bilinmeyen baryon çıkış kaynağı
‣Fermionlar: madde parçacığı•Kuvarklar & Leptonlar
‣Ayar kümesi yapısı•ayar bosonlar: kuvvet taşıyıcılar
‣EZ Bakışım Kırılması•Higgs bosonu ile kütle kazanımı
‣3+1 uzay-zaman
SMeksikleri:Kütlesorunu
11
• Parçacıklarakütlesiniverennedir?
• Nedenfarklıparçacıklarfarklıkütleleresahiptirler?
Çözüm:
foton
0 γ10
Z bosonu
91.2 GeV/c2
Z10
gluon
0 g10
W bosonu
80.4 GeV/c2
W±1±1
Higgs bosonu
125.1 GeV/c2
Ho00
Bosonla
r
yukarı
2.4 MeV/c2
u½⅔
aşağı
4.8 MeV/c2
d½-⅓
elektron nötrino
<2.0 eV/c2
νe½0
elektron
0.511 MeV/c2
e½-1
tılsım
1.27 GeV/c2
c½⅔
acayip
104 MeV/c2
s½-⅓
müon nötrino
<0.19 MeV/c2
νμ½0
müon
105.7 MeV/c2
μ½-1
üst
173.3 GeV/c2
t½⅔
alt
4.2 GeV/c2
b½-⅓
tau nötrino
<18.2 MeV/c2
ντ½0
tau
1.777 GeV/c2
τ½-1Le
pton
lar
1. aile 2. aile 3. aile
kütle➝yük➝
dönü➝
isim➝
Kuarklar
Ferm
iyonla
r
e:0.5…………………..t:173300MeV
SMeksikleri:Çeşnisorunu
Nedenherşeyiaynı,ancaksadecekütlelerifarklıolan3parçacıkailesivardır?
12
yukarı
2.4 MeV/c2
u½⅔
aşağı
4.8 MeV/c2
d½-⅓
elektron nötrino
<2.0 eV/c2
νe½0
elektron
0.511 MeV/c2
e½-1
tılsım
1.27 GeV/c2
c½⅔
acayip
104 MeV/c2
s½-⅓
müon nötrino
<0.19 MeV/c2
νμ½0
müon
105.7 MeV/c2
μ½-1
üst
173.3 GeV/c2
t½⅔
alt
4.2 GeV/c2
b½-⅓
tau nötrino
<18.2 MeV/c2
ντ½0
tau
1.777 GeV/c2
τ½-1Le
pton
lar
1. aile 2. aile 3. aile
kütle➝yük➝
dönü➝
isim➝
Kuarklar
Ferm
iyonla
r
3?
SMeksikleri:Kuvvetlerfarklılığı
Elektromanyetik
Zayıf
Güçlü
Kütleçekim
13
Nedenkütleçekimkuvvetidiğerlerindenfarklıdır?Tümkuvvetlerianlatacakolanbirleşiktekkuramnedir?
ElektroZayıfelektromanyetizmadan1040kadargüçsüz.
SU(3)×SU(2)×U(1)
SMeksikleri:Madde-karşımaddeasimetrisi
Kalanmaddebizlerioluşturdu.
Evreninbaşlangıcındamaddevekarşımaddeeşitmiktarlardaüretilmişlerdi.Fakatdahasonramaddeninkarşımaddeyetercih
edilmesinisaplayanbirolaygerçeklesti.Sonramaddevekarşımaddebirbiriniyoketti.Geriyebirazmaddekaldı.
Neden?
14
SMeksikleri:Karanlıkmaddevekaranlıkenerjinedir?Nedenyapılmışlardır?
Evreniniçeriği:
%4.9görünenmadde
%26.8karanlıkmadde
%68.3karanlıkenerji
15
SMeksikleri:Karanlıkmadde
Karanlıkmaddeninvarolduğunadairdolaylıdeneyselkanıtasahibiz,ancakkaranlıkmaddenindoğasınıhenüzbilmiyoruz.Karanlıkmaddebüyükolasılıklaparçacıklardanoluşmaktadır.
16
SMeksikleri:Karanlıkenerji
Karanlıkenerjievrendekivakumlabağlantılıbirenerjiformudur.Evrendehomojenolarakdağılmıştırveevreninivmelenerekgenişlemesindensorumludur.
17
Neyapıyoruz?
• StandartModel’Ikapsayan,ancakeksiklerinedetamamlayıcıçözümlerönerenyenifizikkuramlarıoluşturuyoruz.
• Bukuramlarçoğunluklaşunlarıöngörüyor:
• yeniparçacıklarınvarlığını
• bilinenparçacıklarınyenidavranışlarını
• ÖngörülenparçacıklarıBHÇverilerindearıyoruz.
18
SorunlarveÇözümadaylarıÇeşnisorunu
3kuvvetinbirleşmesi
Yerçekiminingüçsüzlüğü
4kuvvetinbirleşmesi
madde-karşıtmaddeasimetrisi
karanlıkmaddesorunu
karanlıkenerjisorunu 19
Süpersimetri
Süpersimetri
Süpersimetri
EkBoyutlar
BBK
BBK
SicimKuramı
BBK
BBK
Süpersimetri
P5’den 5 ayaklı plan1. Higgs bosonunu yeni bir keşif gereci olarak kullanmak
2. Nötrino kütlesinin ardındaki fiziğe bakmak
3. Karanlık maddenin fiziğine bakmak
4. Karanlık enerji ve şişmeyi (enflasyon) anlamak
5. Yeni parçacıkları, etkileşimleri ve fizik ilkelerini bulmak
20
particlephysicsprojectprioritizationpanel
3-cepheli bilim savaşı
Önce buraya bakalım…
21
Olağan MaddeKaranlık MaddeKaranlık Enerji
‣Fermionlar: madde parçacığı•Kuvarklar & Leptonlar
‣Ayar kümesi yapısı•ayar bosonlar: kuvvet taşıyıcılar
‣EZ Bakışım Kırılması•Higgs bosonu ile kütle kazanımı
‣3+1 uzay-zamanRS
modelleriADD
modelleri
DinamikBakışım Kırılması
Teknirenk
bileşik modeller
4. Aile
BBK
Ayar Kümesi K
Küçük Higgs
2HÇM
yeni ayar bosonları
yeni EZBK yöntemleriyeni sayıllar
yeni boyutlar
Üst
ün B
akış
ım -
Süp
ersi
met
ri
yeni bileşenler
lepto-kuvarklaryeni leptonlaryeni kuvarklar
22
SM’den SM ötesine
RS modelleri
ADD modelleri
DinamikBakışım Kırılması
Teknirenk
bileşik modeller
4. Aile
BBK
Ayar Kümesi K
Küçük Higgs
2HÇM
yeni ayar bosonları
yeni EZBK yöntemleriyeni sayıllar
yeni boyutlar
Üst
ün B
akış
ım -
Süp
ersi
met
ri
yeni bileşenler
lepto-kuvarklaryeni leptonlaryeni kuvarklar
23
SM’den SM ötesine‣Fermionlar: madde parçacığı
•Kuvarklar & Leptonlar
‣Ayar kümesi yapısı•ayar bosonlar: kuvvet taşıyıcılar
‣EZ Bakışım Kırılması•Higgs bosonu ile kütle kazanımı
‣3+1 uzay-zaman
‣Fermionlar: madde parçacığı•Kuvarklar & Leptonlar
‣Ayar kümesi yapısı•ayar bosonlar: kuvvet taşıyıcılar
‣EZ Bakışım Kırılması•Higgs bosonu ile kütle kazanımı
‣3+1 uzay-zamanRS
modelleriADD
modelleri
DinamikBakışım Kırılması
Teknirenk
bileşik modeller
4. Aile
BBK
Ayar Kümesi K
Küçük Higgs
2HÇM
yeni ayar bosonları
yeni EZBK yöntemleriyeni sayıllar
yeni boyutlar
Üst
ün B
akış
ım -
Süp
ersi
met
ri
yeni bileşenler
lepto-kuvarklaryeni leptonlaryeni kuvarklar
24
SM’den SM ötesine
‣Fermionlar: madde parçacığı•Kuvarklar & Leptonlar
‣Ayar kümesi yapısı•ayar bosonlar: kuvvet taşıyıcılar
‣EZ Bakışım Kırılması•Higgs bosonu ile kütle kazanımı
‣3+1 uzay-zamanRS
modelleriADD
modelleri
DinamikBakışım Kırılması
Teknirenk
bileşik modeller
4. Aile
BBK
Ayar Kümesi K
Küçük Higgs
2HÇM
yeni ayar bosonları
yeni EZBK yöntemleriyeni sayıllar
yeni boyutlar
Üst
ün B
akış
ım -
Süp
ersi
met
ri
yeni bileşenler
lepto-kuvarklaryeni leptonlaryeni kuvarklar
25
SM’den SM ötesine
Adaykuram:Süpersimetri
26
Süpersimetri(SUSY)fermionlarvebozonlararasında–yadamaddevekuvvetarasındabirsimetridir.Yeniparçacıklarınvarlığınıöngörür.BilinenherSMparçacıkiçinspinifarklıvedahaağırbirs(üper)parçacıkbulunduğunusöyler.
Adaykuram:EkboyutlarUzayda3tenfazlaboyutolabilir.Ekboyutlarküçükvekıvrılmışolabilirler.Butürboyutlarınvarlığıparçacıklarınetkileşimlerinideğiştirebilir.
27
Meselaekboyutlarıniçerisinegirildiğindekütleçekimkuvvetiartar.
‣Geniş Ek Boyutlar (GEB, ADD): - tıkızlanmış, düz
- MPl2 ~ Rn MS2+n, MS: sicim ölçeği
- Graviton yığında (bulk)
‣TeV-1 Ek Boyutlar (DDG): - MT : tıkızlanma ölçeği
- Ayar & Higgs bosonlar da yığında
‣Bükük Ek Boyutlar (RS): - 2-zarlı çözüm : RS tür1
- k/MPl, k: eğrilme, bükülme çarpanı
- dar 2dönülü tınlaşımlar: Graviton
‣Evrensel Ek Boyutlar (UED): - KK-sayısı korunumu
- MT ve kesim ölçeği Λ
- Bütün SM parçıklar yığında
- Bir çok KK spectra (ÜSBA beklentileri gibi)
bazı EB kavramları
Dienes, Dudas, Gherghetta Nucl Phys B537 (99)
Randall, Sundrum Phys Rev Lett 83 (99)
Arkani-Hamed, Dimopoulos, Dvali Phys Lett B429 (98)
Appelquist, Cheng, Dobrescu Phys. Rev. D 64 (01)
Bulk (y)
TeV
Planck
Gab,n, MC, R : model parameters
29
Elektrik
Manyetik
Işık 1861Elektromanyetizma
NötrinoEtkileşimi
BetaBozunumu
1930
1900
Proton1815
Piyon
Nötron1932
1947
1687EvrenselÇekimGöksel
~1500
Mekanik~1600
1915GenelGörecelik
Uzay-Zaman~1850
2???HerşeyinKuramı
1968ElektroZayıfEtkileşimler
~100GeV
1933ZayıfEtkileşim~1MeV 197x
StandartModel
~TeV1961GüçlüEtkileşim~10GeV
2???BüyükBirleşikKuram
???on 20??
F i z i k t e K u r a m l a r ı n B i r l e ş m e s i
Adaykuram:BüyükBirleşmeKuramıGözlemlediğimizElektroZayıfveGüçlükuvvetleraynıkuvvetinfarklıbakışaçılarınagöreizdüşümleriolabilir.
30
SM,dahayüksekenerjideortayaçıkacakolanbüyükbirkuramındüşükenerjidekihalimi?
Leptonsayısını4QCDrengiolarakdüşünebilirmiyiz?patti-salam1975
BukuramE6birleşimiolabilirmi?gürsey1976
Yenifermiyonvebozonlar
31
LHC’deyenifizikarıyoruz…amaufakbirsorunvar:
Birçokolasıadaydanhangisidoğru?
32
LHC’deyenifiziknasılararız?• Adaykuramdanbağımsızaramalar:
• ÖncelikleSMninbaskınolduğusondurumlardaölçümleryaparakSMidoğrularız.VerideSMöngörüsünegörebirfarkolupolmadığınabakarız.Şimdiyekadarfarkgörmedik.
• ÇoksayıdafarklısondurumaaynıandakabacabakarızveSMdenbirfarklılıkararız.
• Adaykuramabağlıaramalar:• Yenifizikkuramlarıarasındansevdiğimizbirinialırız.• Adaykuramıngenelkarakteristiklerinibelirleriz,vebukarakteristikler
arasındaSMdenayırtediciolanlarıbuluruz.• BHÇverilerıarasındanbukarakteristikleresahipolanolaylarıseçeriz.• SeçimdenkaçtaneSMolaygeçmişolabileceğinihesaplarız.• HesaplananSMmiktarınıseçilmişverilerlekarşılaştırırızvefarkçıksındiye
umutederiz.• Eğerfarkçıkarsadeğişikkanallardaölçümyaparakyeniparçacığıtanımaya
çalışırız.• Eğerfarkçıkmazsaveridefazlalıköngörenyenikuramlarıdıştalarız.
Süpersimetriaraştırmaları
33
• SUSY100ünüzerindeserbestparametresiolanbirkuramdır.Çokfarklışekillerdeortayaçıkabilir:farklısüperparçacıkkütleleri,farklıtesirkesitleri,farklıdallanmaoranları…
• BöyleceSUSYBHÇ’deçokçeşitlişekillerdegörülebilir.
• Ağırsparçacıklardahahafifsparçacıklara+SMparçacıklarabozunabilirveçokmiktardaveçeşitlilikteparçacıklargörülebilir.• Çokjetli,çokbkuarklı,çoktkuarklı,çok
leptonlusondurumlarınherhangibirindeSUSYizlerinerastlayabiliriz.
• KlasikSUSYninenbelirginözelliğiağır,kararlı,yüksüzvealgıçtagözlenemeyenparçacıklarasahipolmasıdır.HerSUSYolayındabuparçacıklardanmutlakabulunur.Buparçacıklarkaranlıkmaddeadayıdır.• Görünmeyenparçacıklarıgörmeyeçalışırız.
Doğrudankaranlıkmaddearamak
34
SUSYyadadiğerkuramlaragöreLHCdedoğrudandakaranlıkmaddeüretebiliriz:
Bugörünmezolayıkuarktanışınanbirgluonjetiilegörünüryapabiliriz.BHÇdetekjetliolaylarfazlalığıgörmekgörünmezparçacıklarındoğrudanoluştuğunaişaretedebilir.
Rezonanslar
35
• Eğerağırbirparçacığınbozunduğutümparçacıklarıalgıçtagözleyebiliyorsakağırparçacığıtanımlayabilirizvedeğişmezkütlesinihesaplayabiliriz(tıpkıHiggs’teolduğugibi)
• SMötesiparçacıklardanbirçoğuSMparçacıklarabozunurveBHÇ’devarlıklarıaraştırılabilir.Önerilenparçacıklardançoğu2kuarkayada2gluona(yanı2jete)bozunur.
• BHÇ’de2jetlıolaylarıinceleyip2jetdeğişmezkütledağılımındaSMileuyuşmazlıkararız.
• Amahenüzbulamadık…
Yenifiziği“heryerde”aramak
36
• YenifizikkuramlarındanherhangibirineodaklanmayıtercihetmiyorsakSMötesiherhangibirsinyalyakalamakiçingenelaramayaparız.
• BHÇdegözlemlenecekparçacıklarınolasıtümkombinasyonlarınıelealırız(örneğin1elektron+3jet,2muon+2jet,vs.).
• HerkombinasyoniçinBHÇverileriniSMbeklentisiilekarşılaştırıpfarklılıkararız.• BuyöntemSMötesikuramlarınkarakteristiklerineyönelikaramayapmadığıiçin
çokduyarlıdeğildir,ancakyönlendiricidir.
ATLAS-CONF-2014-006 ATLAS697farklıkombinasyondayenifizikaramış,ancaksinyalerastlamamıştır.
BHÇ’de SM ötesi parçacıklar adına ne bulduk?
37
38
…AMA yine de ilginç şeyler öğreniyoruz.
Yeni fizik sinyalinin yokluğunu kullanarak hangi kuramların daha az olası olduğunu araştırıyoruz.
39
Bundansonrası• LHCupgrade• LHeC• FCC-100km• CLIC-50km• ILC-30km• PC/HF-10km• μC
40
• AWAKE&co…• μH2&anti-H2… • yenimüthişfikir?…