3ª Plática: Principales pruebas fenomenológicas

Acoplamientos de los bosones W, Z y H Importancia de correcciones cuánticas Dinámica del sabor Conclusiones

Un poco de fenomenología

Parámetros libresSector scalar+norma:

HWW MM

hgg

,,,

,,',

ó

O bien, los mejormedidos:

??

0021.01875.91

000000096.0035999710.137

10000006.0166371.1

1

5

H

Z

F

M

GeVM

GeVG

GeVM

GM

M

M

W

W

F

WW

Z

WW

94.80

212.0sin

2sin

1sin2

22

2

22

Parámetros derivados

Razones de decaimiento:

oExperimentGeV

GeVMG

NFW WFC

F

W

060.0147.2

09.226

233

%1.1123

1

CW N

lWlWBR

Decaimientos del bosón W

Razón total

Decaimientos del bosón Z

Nlep=1, Nq=NC

.0023.04952.2

48.2

oExperimentGeV

GeVffZf

Z

Razón o ancho total

MeVllZ 85.84

Universalidad de interacciones

g

g

Producción de pares de fermiones en el pico del Z

coscos1coscos18

222

DChBANsd

dff

ZZZ

ZF

MisMs

sMG

/222

2

Información sobre:

• vf, af (y sin2W)

• Correcciones cuánticas

A

D

NNNN

NNNNsA

A

CsA

A

B

NN

NNsAAN

ss

ffff

ffff

ff

ff

h

B

h

B

h

F

h

F

h

B

h

B

h

F

h

FPolFB

hh

hh

Pol

BF

BFFBf

8

3)(

;)(

;8

3)(;

3

4)(

1111

1111

,

11

11

2

Medibles experimentalmente (y extraer A, B, C y D):

Polarizaciónmedible para f=

22

2

,

,0

,

2,0

2,0

22

2,0

2

4

3;

;4

3)(;

12

ff

ff

ff

eZPolFB

f

PolFBfZPol

f

Pol

feZFB

f

FB

Z

fe

Z

Z

f

a

aAP

PMAAPMAA

PPMAAM

M

En el pico de la Z (s = MZ2), Re()=0, contribución despreciable de

La polarización longitudinal promedio Pf es muy sensible a sin2W,

… y por tanto a ¡efectos cuánticos!.

Pl es una ventana a efectos cuánticos electrodébiles, Efectos virtuales de partículas mucho más pesadas

1076.0sin412

1

2

2

22

Wl

ff

ff

fa

aP

Búsqueda de nuevas partículas pesadas

Producción directa:

Producción indirecta: efectos en “loops”

El LHC y las Fabricas de partículas juegan un papel complementarioEn la búsqueda de nueva física que involucra partículas

Frontera de alta energía(Tevatron, LHC)

Frontera alta precisión(baja energía,Flavor factories)

Efectos de VP se reabsorben en carga eléctrica y (s) crece con energía,

05.093.128)(

)96(035999710.137)(

12

12

Z

e

M

m

Importancia de correcciones de QED: VP

f

f

Apantallamiento de carga eléctrica

Importancia de correcciones de QED: VP

GeVM

GM

M

M

W

W

F

WW

Z

WW

94.80

212.0sin

2sin

1sin2

22

2

22

Orden mas bajo

Efectos de VP se reabsorben en carga eléctrica y (s) crece con energía,

05.093.128)(

)96(035999710.137)(

12

12

Z

e

M

m

038.0076.0

)96.80(96.79

)212.0(231.0sin 2

l

W

W

GeVM

¡factor de 2!

Importancia de correcciones de QED: VP

f

f

Apantallamiento de carga eléctrica

Importancia de correcciones de QED: VP

… y de VP correcciones de QCD

g g

g g

f

f

Apantallamiento

Anti-apantallamiento

Efectos cancelan, s(s) decrece con energía (libertad asintótica)

Correcciones gluónicas a Zqiqi, Wqiqj incrementan Z, W . Tomadas

en cuenta con NCeff NC {1+s(MZ

2)/+} 3.115.

)%]09.084.10([exp%8.1023

1)(%1.11

eff

CNeWB

Auto-energía

Vértices

Appelquist-Carrazone: efectos de partículas pesadas se desacoplancuando se tienen acoplamientos vectoriales y simetría de norma exacta

Modelo Estándar lo evade debido a simetría chiral rota

Correcciones electrodébiles

Correcciones de autoenergía :

Correcciones cuadráticas en masa del top

3% para mt=171 GeV

Correcciones logarítmicas en masa del Higgs

entre 0.1% y 1% , para 100 GeV < mH < 1000 GeV

Im

112

,

220

,

2 iMqMq ZWZW

Correcciones de vértice

Casi todas pequeñas excepto Z bb.

Término qq genera correcciones cuadráticas en masa del top

-1.6 % en probabilidad de Z bb

eff

ff

eff

ff

aa

4

31

26)(

2

14

1sin

223

22

2

llZF

ll

lll

l

llept

eff

aMG

llZ

a

aP

a Fuerte evidencia de C.R.EW (nosolo )

Se confirman universalidad vl, al

Datos favorecen bajo mH

Ajustes a datos experimentales

hadronsZ

qqZRq

262210 tttdd mmVR

Rb sensible a mt2

¿Higgs ligero o pesado?

GeVmH

700

186300

22

,0

2

4

3

ff

ff

f

be

b

FB

a

aA

AAA

Quarks pesados (4AFB0,b/Ab) favorece Higgs pesado

Leptones (Al), favorece Higgs ligero

Datos EW combinados, (Al domina), favorecen Higgs ligero

mH

mt

Solo datos EW de alto Q2

(SLD, LEP, D0, CDF):

GeVmH 175158

Excluido por Tevatron

.inf.lim,185

7.2%95,158

1%68,89

min

min

35

26

incluyeGeVm

GeVm

GeVm

H

H

H

http://lepewwg.web.cern.ch/LEPEWWG/

!Solo la observación directa del bosón de Higgs es prueba de su existencia

Autointeracciones de bosones de norma

e

e+

W

W+

e

z

WWee

¡ Vértice no-abeliano ZWW es crucial !

ZZee

e-

e+

e

Z

Z

No evidencia de ZZ, ZZZ

Bella confirmación de la estructura de norma SU(2)LU(1)Y

2

2

:

2:

:

Z

W

f

mZZH

mWWH

mffH

Decaimientos del Higgs

Decaimientos mas probables en partículas mas pesadas

Cuadrática en WW,ZZ; lineal en mt

Dinámica del sabor

Experimentalmente: 6 quarks y 6 leptones,organizados en 3 familias.

Única diferencia es la masa.

Supongamos NG generaciones de fermiones (j=1, …, NG) .

Lagrangiano de Yukawa mas general:

sarbitrariaconstantesldu

jkc ,,

Después del SSB (norma unitaria) masas, mezclas, Yukawas:

Matrices de masa NG NG:

bsddtcuu

fff

ffffffffff

mmmdiagMmmmdiagM

positivadefinidaHHM

MMHUSMSUHM

,,,,,

,0'det

'',)('

Diagonalización:

1. Corrientes neutras y términos cinéticos de fermiones:

RRRRLLLL ffffffff '',''

No existen corrientes neutras con cambio de sabor

eesbZ *,,

2. Corrientes cargadas:

GGduLLLduLLL NNunitariaSSVVSS dududu ''

),,(

)(

suctbsb

udpen e

..2

cheduWg

L LLLLCC

Inversión espacial (P): xx

Conjugación de carga (C): q→ - q

Inversión temporal (T): t→ - t

Transformaciones discretas C, P y T

Conjugación de carga (C): q→ - q

C, P y T son simetrías de la física clásica

Experimentos: ¡ C, P,T y CP no son simetrías de

las interacciones débiles de partículas elementales!

Simetrías leyes invariantes,

consecuencias observables

NormaHiggsYukawaME LLLL

..* chuQYdQY I

Rj

I

Li

u

ij

I

Rj

I

Li

d

ij

WudWdu

g I

Li

I

Li

I

Li

I

Li2

WuVdWdVu

gVYVM LjijLiLjijLi

f

R

ff

L

f

diag22

WdVuWuVd

gLLL

t

L

*

2

*VV CP

C

P

Violación de CP en el ME

¡CP se viola si Ves compleja!

Yukawas: masas y mezclas de quarks, arbitrarios cij(f)

2

1

2

1 GGGG NNNN

V unitaria NG2 parámetros reales:

modulos fases

ij

j

i

i

ijij

j

i

j

i

i

ieVV

ded

ueu

2NG-1 fases inobservables

2

21

2

1

GG

GG

NN

NN Modulos

fases

NG= 2: 1 modulo, 0 fases

NG= 3: 3 modulo, 1 fases

Matriz Cabibbo-Kobayashi-Maskawa contiene una fase que viola CP

Parametrización de Wolfenstein exhibe jerarquía

015.0802.0

0009.02259.0

AV

V

cb

us

¡ codifica toda la violación de CP!

Desintegración de B

Mezcla, violación CP en B

Pingüino

¿Cómo se extraen los Vij?

Dificultades típicas:

Mas allá de orden dominante

(QFT a todo lo que da)

Elementos de matriz hadrónicos

(QCD no perturbativa)

011

0***

ii

VVVVVV tbtdcbcdubud

Triángulo unitario

Misma área de todoslos triángulos:

VkiV*kj= 0

k

La unitaridad de CKM es verificable experimentalmente herramienta útil para revelar nuevas fuentes de

rompimiento de la simetría de sabor

51015.093.2

013.0342.0

024.0139.0

Area

015.0802.0

0009.02259.0

AV

V

cb

us

Estado actual: CKMfitter octubre 2009

Fit global a diferentes observables

Fábricas de B CKM es la fuente

dominante de violación de

CP

1010 105.6101.5

!%100

BB

BB

nn

nnBAU

Universo dominado por materia.¿Qué pasó con la antimateria?

n

nnBB

Abundancia de núcleos ligeros

HepD

HepD

Dpn

4

3

10-35 seg 10-32~10-4 seg 10-3 seg→ ahora

Evolución

materia/

antimateria

Condiciones a satisfacer (Sakharov,1967):

1) Violación de número bariónico,

2) Leyes violan simetría CP3) Procesos fuera del equilibrio

Nucleosíntesis:

..mod,10

,10

18

10

est

requerida

n

nnBB

AmmmmmmmmmmmmJ

T

J

ussbdbucctut

222222222222

12

Una estimación de BAU en el ME (W. S. Hou)

Jarlskog (1985): provee una medida de violación CP invariante de reparametrizaciones

dduu mmmm ,detIm

A=2 (área de TU)

T100 GeV (temperatura de EWPhT)

ME 10-20

Muuuuuuuchos parámetros (18!)

Constantes de acoplamiento: ……………………3 (g, g’, gs)

Masas fermiones ………………………………….........9 (ml, mu, md)

Mezclas en sector de quarks.……..…………….4 (A, , , )

Sector de norma……………………………………………2 (v, W)

Sector de Higgs…………………………………………….2 (, h)

- 2 condiciones

El Modelo Estándar

Exitosa fenomenología al grado de precisión requerido. Verdadera teoría cuántica y relativista de partículas elementales.

“Muchos” parámetros (18), describe miles de observables

ME no es la última palabra: 10/18 parámetros relacionados, origen de Yukawas (¡ y de CP!)

No tiene candidatos firmes para materia oscura

No explica la asimetría materia-antimateria cosmológica (¿más violación de CP?)

Algunos “hints” de nueva física (g-2 muon, física del B, anomalías en colisionadores, …)

No incluye masas ni mezclas de neutrinos

Estética “chafa”: unificación, naturalidad, …