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, …
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