Quark CompositenessΑναζήτηση Συνθετότητας

στο ATLAS

3/6/2008Πριόνας Βαγγέλης

Επιβλέπον μέλος ΔΕΠ:Ηλίας Κατσούφης

Καθιερωμένο Πρότυπο(Standard Model)

• 12 Στοιχειώδη Σωματίδια• 4 Σωματίδια

Αλληλεπιδράσεων• Επιτυχές...

... αλλά Ανεπαρκές

Κίνητρα Αναζήτησης Συνθετότητας

• Ανεπάρκεια Καθιερωμένου Προτύπου• Απλή λογική : Υπάρχει κάτι απλούστερο;• Αποκλειστικά Πειραματικό Μοντέλο• Απουσία Ολοκληρωμένης Θεωρίας• Πολλά Σωματίδια με Μεγάλες Μάζες• Όρια Διαστάσεων Στοιχειωδών Σωματιδίων

: 10-18 m

Θωράκιση ΦορτίουΔίπολα σωματιδίου – αντισωματιδίου, που ζουν όσο επιτρέπει η αρχή αβεβαιότητας θωρακίζουν το φορτίο του ηλεκτρονίου. Με πολύ ενεργητικές δέσμες σωματιδίων εισερχόμαστε βαθύτερα στο σωματίδιο.

Προτεινόμενα Μοντέλα Συνθετότητας

•Preons, by Pati and Salam, 1974

•Rishon Model•Tweedles, helons•Κ.λ.π.

Προτεινόμενα Μοντέλα Συνθετότητας

Μοντέλο Rishon : 2 είδη ρισονίων (rishons) :•ένα φερμιόνιο T με φορτίο 1/3 e,•ένα ουδέτερο φερμιόνιο V

Προτεινόμενα Μοντέλα Συνθετότητας

tweedles, helons :•tweedles : περιγράφονται σαν στροφές σαν «φιόγγους», ενώνονται ανά ζευγάρια για να σχηματίσουν τα helons.

•helons : τρειών ειδών H+, H-, H0, που ενώνονται ανά τριάδες.

H+H+H+ : e+

H+H+H0 : uB

H+H0H+ : uG

Quark Compositeness

• Ενεργειακή Στάθμη Συνθετότητας Λ (Quark compositeness scale) : ανάλογη του 1/r

,όπου r η ακτίνα ενός κουάρκ• Νέες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των preons, δηλαδή των

κοινών συστατικών των κουάρκ και των λεπτονίων και ανταλλαγή τους.

• Quarks και λεπτόνια σε διεγερμένες καταστάσεις: πειραματικές αναζητήσεις διασπάσεών τους• Αλληλεπιδράσεις επαφής (contact interactions) του «ρεύματος» ενός κουάρκ με το «ρεύμα» ενός λεπτονίου• Λαγκρανζιανή L για 4 φερμιόνια (4 fermion effective

Langangian )

• g : ισχύς της καινούργιας δύναμης αλληλεπίδρασης (new strong (hyperstrong) interaction coupling)

• η : παράγοντας φάσης• Λ : Ενεργειακή Στάθμη Συνθετότητας• ΨLγμΨL : συμβολίζει τον τελεστή «ρεύματος» ενός αριστερόστροφου

(L) σωματιδίου (δηλ αρνητική ελικότητα)

Lagrangian

Αντιδράσεις 4 φερμιονίων

4 fermion contact interaction

Exchange of a heavy exotic particle

Constituent inerchange

Lagrangian

Για ευκολία

λύνω μόνο ειδικές

περιπτώσεις

Lagrangian

Με τη θεωρία υψηλών ενεργειών μπορούμε από την Λαγκρανζιανή να πάρουμε την Διαφορική

Ενεργό Διατομήαπό QCD από Συνθετότητα

Quark CompositenessΠροβλέψεις όπως γίνονται από• Lukas Pribyl : Quark Compositeness in

ATLAS Institute of Physics of Academy of

Sciences of the Czech Republic, 26/2/08• Z.U. Usubov : A search for quark

compositeness at the LHC, JINR, Dubna, Russia and Institute of

Physics, Baku, Azerbaijan

Z.U. Usubov , L.PribylΓωνιακή Κατανομή διπλών πιδάκων και Ισοτροπία

• Έλλειψη ισοτροπίας στις γωνιακές κατανομές, στις προβλέψεις της QCD.

• Ενδεχόμενη πιο ισοτροπική κατανομή γωνιών, ίσως μαρτυρά συνθετότητα

Quark CompositenessLukas Pribyl

• Ψάχνουμε για διαφορές μεταξύ των προβλέψεων για τις εγκάρσιες ορμές διπλών πιδάκων του καθιερωμένου προτύπου και αυτών που λαμβάνουν υπόψη και τη συνθετότητα.

• Η θεωρία της συνθετότητας προβλέπει αύξηση της εγκάρσιας ορμής κάποιων πιδάκων σε σχέση με το SM στις ίδιες ενέργειες συγκρουομένων δεσμών.

• Δυνητικά ζεύγη σωματιδίου-αντισωματιδ. από την ενέργεια της αλληλεπίδρασης

• Διπλοί Πίδακες (di-jets), π.χ. ud→ud, uu→uu • pT = εγκάρσια ορμή σε σχέση με τη διεύθυνση

της δέσμης• 2 leading pT jets, pT > 350 GeV• Παρόν όριο στο Tevatron (πρωτονίου-

αντιπρωτ, Κ.Μ. 1.8 TeV): Λ > 2.7 TeV• ATLAS : Λ > 10.3 TeV, Λ > 22 TeV

(ελπίζουμε)

Quark Compositeness in ATLAS

Quark Compositeness in ATLAS

Quark Compositeness in ATLAS

Quark Compositeness in PYTHIA

Inclusive leading dijet pT-spectra for Λ = 3, 5, 10, 15, 20 TeV andQCD only as obtained with ATLFAST, Pythia and CTEQ6L1.

CM scattering angle Θ* of 2-2 parton scattering

η1,2 = Ψευδο-οκύτητες των δύο leading PT jets

Θ1,2 = γωνία των κουάρκ στο Κ.Μ. των 2 συγκρουομένων πρωτονίων του επιταχυντή LHC

Κανονικοποιημένη κατανομή για διάφορες τιμές της Λ, με τομές στην αναλίωτη μάζα mjj > 1 TeV (αριστερά) και mjj > 5.9 TeV

(δεξιά).

Quark Compositeness in PYTHIA

Γωνιακή Κατανομή και Ισοτροπία

Αριθμός Τυπικών

απόκλισεων:

Λόγος Γεγονότων Περιοχών

Εκτελώ «Τομή» στο φάσμα, στο σημείο χcut.

Quark Compositeness in PYTHIA

R1 σε συναρτήσει χ-cut και mjj-cut, για Λ = 10 TeV

Quark Compositeness in PYTHIA

To R1 συναρτήσει του Λ σε φωτεινότητα (luminosity) 30 fb−1(μετά από περίπου 3 χρόνια λειτουργίας). CTEQ6L1. (Το κόκκινο χωρίο δείχνει το στατιστικό σφάλμα)

Βιβλιογραφία• Lukas Pribyl : ATLAS NOTE, Quark Compositeness in

ATLAS in release 11.0.4X, 26/2/2008• Z.U. Usubov : A search for quark compositeness at

the LHC• Kimonas Boukas, Elias Katsoufis : Searching for

Quark Compositeness at LHC, 19/4/2008• Donald H. Perkins : Εισαγωγή στη Φυσική Υψηλών

Ενεργειών• Κων/νος Ε. Βαγιονάκης : Σωματιδιακή και Κοσμολογική

Φυσική• David Griffiths : Introduction to Elementary

Particles• Martinus Veltman : Facts and Mysteries in

Elementary Particle Physics• www.google.com• www.cern.ch• www.atlas.ch• www.cerncourier.com• www.wikipedia.com• www.onceuponiparis.blogspot.com