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3ª Plática: Principales pruebas fenomenológicas Acoplamientos de los bosones W, Z y H Importancia de correcciones cuánticas Dinámica del sabor Conclusiones

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3ª Plática: Principales pruebas fenomenológicas

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

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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

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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

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Decaimientos del bosón Z

Nlep=1, Nq=NC

.0023.04952.2

48.2

oExperimentGeV

GeVffZf

Z

Razón o ancho total

MeVllZ 85.84

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Universalidad de interacciones

g

g

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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

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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

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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

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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)

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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

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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

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… 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

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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

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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

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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

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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

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hadronsZ

qqZRq

262210 tttdd mmVR

Rb sensible a mt2

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¿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

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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

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Autointeracciones de bosones de norma

e

e+

W

W+

e

z

WWee

¡ Vértice no-abeliano ZWW es crucial !

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ZZee

e-

e+

e

Z

Z

No evidencia de ZZ, ZZZ

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

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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

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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 ,,

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

Matrices de masa NG NG:

bsddtcuu

fff

ffffffffff

mmmdiagMmmmdiagM

positivadefinidaHHM

MMHUSMSUHM

,,,,,

,0'det

'',)('

Diagonalización:

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1. Corrientes neutras y términos cinéticos de fermiones:

RRRRLLLL ffffffff '',''

No existen corrientes neutras con cambio de sabor

eesbZ *,,

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2. Corrientes cargadas:

GGduLLLduLLL NNunitariaSSVVSS dududu ''

),,(

)(

suctbsb

udpen e

..2

cheduWg

L LLLLCC

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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

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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!

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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

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NG= 2: 1 modulo, 0 fases

NG= 3: 3 modulo, 1 fases

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

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Parametrización de Wolfenstein exhibe jerarquía

015.0802.0

0009.02259.0

AV

V

cb

us

¡ codifica toda la violación de CP!

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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)

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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, …