Institut fr Kern und Teilchenphysik M Kobel D
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ III. Die Phänomenologie der Supersymmetrie Super-Symmetrie zwischen Fermionen und Bosonen Q|Boson >= |Fermion > und Q|Fermion >= |Boson > Zu jedem Fermion existiert ein bosonischer Partner Zu jedem Boson existiert ein fermionischer Partner
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ III. 1. Das Teilchenspektrum von SUSY Das Minimale Supersymmetrische Standardmodell (MSSM) A) Chirale Supermultipletts (S. Martin, SUSY Primer) (1, 2, -½) bezeichnet die Multiplettstruktur, bzw. die Eigenwerte zu den Eichgruppen (SU(3)c, SU(2)L, U(1)Y) Die Indices “L” und “R” bei den skalaren Superpartnern sind nicht chiral, sondern dienen nur zur Partnerzuordnung mindestens 2 komplexe Higgs Dupletts Hd, Hu (meist H 1, H 2) nötig
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Warum brauchen wir zwei Higgs Dupletts? Im SM:
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ B) Higgs Multipletts (Martin, 7. 1. ) 2 komplexe Isospindupletts 8 reelle skalare Felder 3 Goldstone Felder (G+, G 0, G-) verschwinden in massiven W+, Z 0, WVerbleiben 3 neutrale (h 0, H 0, A 0) und 2 geladene (H+, H-) Higgs Bosonen
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ C) Eich-Supermultipletts (S. Martin, SUSY Primer) Die Mischung im SM zu Z und Photon | Z > = cos q. W | W 0> - sin q. W | B 0> | g > = sin q. W | W 0> + cos q. W | B 0> entspräche SUSY Mischung zu Zino und Photino ~0> - sin q | B~0> | Z~ > = cos q. W | W ~ 0> + cos q. WW | B~0> |~ g > = sin q. W | W ist aber in SUSY allgemeiner, und abhängig von • 4 Massenparametern: • 2 Kopplungen: • 2 Vakuumerwart. werten: M 1(Bino), M 2 (Wino), M 3 (Gluino), µ (Higgsinos) g 1((für U(1)Y), g 2(für SU(2)L) v 1(für H 1(d)), v 2(für H 2(u))
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Gaugino-Higgsino Massenterme (Kazakov, Kap. 5. 2. 1. ) ergibt nach Diagonalisierung 4 neutrale Gauginos =: Neutralinos ~ 01, 2, 3, 4
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ ~± (Martin, 7. 2: ~C± ) Sowie 2 geladene Gauginos =: Charginos 1, 2
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ “Populäres” Massenspektrum für Spezialfall NB: Nomenklaturunterschiede Martin: ~ Neutralinos N 1, 2, 3, 4 Kazakov, Haber, Kane, …: Neutralinos ~ 01, 2, 3, 4 ~ Charginos C 1, 2 Charginos ~ ± 1, 2
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Mischung im Sfermion Sektor (Martin, 7. 4)
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Beispiel eines möglichen Massenspektrums Aus PDG review 07, für spezielle SUSY Brechung m. SUGRA
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Alle Massen “laufen” mit vorhersagbarer q 2 -Abhängigkeit Annahme des Constraint. MSSM: Vereinigung bei LGUT
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ SUSY würde beide Probleme lösen helfen: Feintuningproblem in m² 0+dm²(H) durch Fermion–Boson Symmetrie Hierarchieproblem LGUT / LEWSB durch schnelles Laufen des Symmetriebrechungsparameters
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ III. 2. Die R-Parität Im allgemeinsten Fall ist in SUSY noch mehr erlaubt:
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Definition von Materie- und R-Parität
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Konsequenzen:
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Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ III. 2. 1. Dunkle Materie Nur 4 -5 % des Universums ist “normale” Materie des SM Ca. 23% ist “Dunkle Materie” (weakly interacting massive particles WIMPS) X-ray measurements (Chandra) [weak] gravitational lensing Bullet Cluster WMAP Clowe et al. (2006) NASA/WMAP Science Team
Nach Abzug unserer Milchstraße • Winzige Temperaturschwankungen: T=2, 73 K +- 0, 00002 K • “heiße” und “kalte” Flecken = “dichte” und “dünne” Gebiete • genau wie bei Schall Klang des Universums
Die Obertöne des Kosmischen Klangs • Das Ohr hört an Obertönen: • Art des Instruments • geübtes Ohr: Bauweise Astrophysiker erkennen an den Ober“tönen“: • „Form“ des Universums • Zusammensetzung
Atomare Materie als Randerscheinung Beiträge zur Gesamtenergie W atomare Materie (p, n, e): WB Sterne, Planeten, Gaswolken, Schwarze Löcher, … -- dämpft den ersten „Oberton“ -- verstärkt den zweiten „Oberton“ nichtatomare „dunkle“ Materie (n, …): WDM Ungebundene Elementarteilchen, schwach wechselwirkend -- verstärkten den zweiten „Oberton“ „dunkle“ Energie: WV „kosmologische Konstante“ „Vakuumenergie“ unverdünnbar W = WB + WDM + WV = 1
Zeitliche Dichteoszillationen halbe Wellenlänge Û Doppelte Frequenz
Der Effekt von schwerer Materie Im power-spektrum: Amplitudenbetrag
Bauweise des Universums • Mikrowellen Hintergrund + Supernovae + Element Häufigkeit 5% atomare Materie ( B =0, 05) 25% nichtatom. Materie ( DM =0, 22) 70% „dunkle Energie“ ( V =0, 73) • insgesamt flach ( =1, 02+-0, 02 )
Weitere Hinweise auf “dunkle” Materie Rotationsgeschwindigkeit der im Kontrast zu. . . Planeten um die Sonne Rotationsgeschwind. der Sterne um das Galaxienzentrum Gravitationslinsen: Lichtablenkung durch Materie
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Oft das leichteste SUSY Teilchen (LSP): Neutralinos sind ein exzellenter Dark Matter Kandidat! Das Leichteste könnte ein stabiles “WIMP” with h 2 DMh 2 sein Eigenschaften des LSP Neutralinos abhängig von Zusammensetzung! Siehe ausführliche Diskussion in S. Martin, Kap 9. 3
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Neutralino Relic Density 1. 2. Annahme: Neutralinos waren im thermischen Gleichgewicht Löse die Boltzmann Gleichung um heutige Dichte n zu finden.
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Sind Neutralinos die Dunkle Materie? Im “Constrained Minimalen Supersymmetrischen SM” (CMSSM) gibt es mögliche Parametergebiete Rapid annihilation funnel 2 m m. A Andere Randbedingungen (siehe hep-ph/0303043, b s J. Ellis, et al. ) LEP SUSY Grenzen B + -B-Meson Zerfälle (g-2)µ
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ III. 3. Fundamentale Vertices für R-erhaltende SUSY (Kazakov, 4. 3) Supersymmetrie wirkt nur auf Spin alle anderen Eigenschaften der Vertices bleiben erhalten, insb. • Kopplungen • Lorentzstruktur SUSY Teilchen müssen immer paarweise auftreten (erhalten R) Erhalte neue 3 er Vertices durch Ersetzen 2 er Beine:
Institut für Kern- und Teilchenphysik M. Kobel, D. Stöckinger: „Jenseits des Standardmodells: Superymmetrie u. a. “ Weitere Beispiele: cj- Zu beachten: ~ ~ cj- ~ Auch der W-Anteil in koppelt nur an f. L Die Kopplung der Neutralinos und Charginos hängt von ihrer Mischung aus Wino, Bino und Higgsino ab.
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