Un cammino condiviso con Gianluigi

1. Stimando le masse delleparticelle:dal top, via bosone di Higgs, finoallasupersimmetria Un camminocondiviso con Gianluigi

2. Unatendenzastoricadeifisicidelleparticelle … • Quandoincontriamo un misteroche non possiamorisolvere con imodelliattuali • Inventiamounanuovaparticella, talvoltamolte! • Un primo esempio: Einstein ha propostoilfotone per capirel’effettofotoelettrico

3. Un esempiofamosissimo • La famosalettera aperta di Pauli • Il nome ‘neutrino’ inventato da Fermi • Il secondo neutrino spiegaperché μnoelettrone • Torneremopiùtardi alleoscillazioni e alle masse deineutrini

4. Altriesempiimportantiper ilModello Standard: ibosoni W, Z • Intermediaridell’interazionedebole • Il W proposto da Yukawa • Inizialmenteidentificato con ilpione • Poi ‘scoperto’ nel primo esperimentodineutrini al CERN • Perchéquestierrori? • Percheifisici non avevanounastimaaccuratadellamassa, o non ci credevano. • Eccol’importanza di stimarebene le masse dellenuoveparticelle!

5. Un esempioriuscito • Il quark ‘charm’ postulato da Glashow, Iliopoulos e Maiani • La massastimatabene da Gaillard e Lee • Implica mu << mc << mW • ΔmKimplica mc ~ 1.5 GeV

6. Un esempiopersonale • Il quark ‘bottom’ postulatonel 1975 per accompagnareilleptonepesante ‘tau’ • La massastimatanell’ ambito di unateoriadellagrandeunificazionedelleinterazioni • Chanowitz, JE e Gaillard: “Making the SU(5) model completely natural, including in the Higgs sector, gives the prediction md/me ~ ms/mμ ~ mb/mτ= 2605” • Avevoscritto a mano “2 to 5”!

7. Il quark ‘top’: Una prima avventura con Gianluigi • Il quark ‘top’ postulato per accompagnareil quark bottom • Moltestimeteorichesbagliateduranteglianni 1970/80 • Qualèillimitesuperioresullasuamassa? • Una prima indicazioneèvenutada uno studio dellecorrentineutre • Costa, JE, GLF, Nanopoulos e Zwirner: “In the minimal standard model with ρ = 1 and equal Higgs and Z masses we find that mt< 168 GeVat the 90% confidence level.” • Il nostro primo lavoro non èstatotroppo male!

8. Il quark ‘top’: Unastimaraffinata con Gianluigi • mt < 185 GeV variando mc • Indicazionisu sin2θW • Commentisulla sensibilità a mH

9. Il quark ‘top’: ilruolodellamassadello Z • Unamisuraprecisadellamassadello Z darebbeunaindicazioneimportantedellamassa del top

10. Il quark ‘top’: dopo le prime misure di mZ con altaprecisione • Accordo con idati a basseenergieimplica • Una prima discussione di mH

11. Il bosone di Higgs: unasecondaavventura con Gianluigi • C’èbisogno di un bosone di Higgs (o qualcosa di simile) per dare le masse allealtreparticelle • L’ ultimacomponente del Modello Standard cheancoracimanca • Le misure di altaprecisionehannopocasensibilità a mH … … ma dannounaindicazioneinteressante

12. Alcune particelle hanno massa, altre no … Da dove vengono queste masse? Newton: Il peso è proporzionale alla massa Einstein: L’energia è equivalente allamassa Ma non hanno spiegato la massa! Le masse sono dovute al bosone di Higgs? (una particella chiave …)

13. Con gliscisicorremolto velocemente: Come unaparticellasenzamassa ad es., un fotone = particelladellaluce Comeun campo dineve Con le racchettedaneve, siva più lentamente: come unaparticella con unamassa ad es., un elettrone LHC cercherà il fiocco di neve: il bosone di Higgs Congliscarponisiaffondanellaneve esivamolto lentamente: come unaparticella con unagrandemassa

14. Stimando la massa del bosone di Higgs • Le misureelettrodebolisonosensibiliallecorrezioniquantistiche: • Però la sensibilitàallamassa del top è moltomaggioredellasensibilitàallamassa del bosone di Higgs: • Tuttaviale misure al LEP ci davanounaindicazione di un Higgs leggeroancoraprima dellascoperta del top

15. Stimando la Massa del bosone di Higgs • Primitentativineglianni 1990, 1991: • Molto difficile prima dellascoperta del top

16. Stimando la Massa del bosone di Higgs • Dopo la scoperta del top: • Solideindicazioni di un bosone di Higgs leggero

17. Il bosone di Higgs: lo stato attuale • Il limiteinferiore dal LEP: mH> 114.4 GeV • Secondo idatielettrodeboli: mH = 89+35–26GeV un limitesuperiore: mH < 158 GeV, o 185 GeV includendoillimitediretto • Il limite dal Tevatron: mH < 158 GeVor > 173 GeV

18. La ricerca del bosone di Higgs al Tevatron Il Tevatronesclude un bosone di Higgs fra 158 & 173 GeV

19. Le prime ricerche ad LHC Un contributosignificativo al fit globale

20. Combinando le informazionisullamassa del bosone di Higgs mH = 120+ 12-5GeV

21. Una stanzasenzafinestre … Cosac’è fuoridella stanza? … unaporta da aprire

22. Extra-Dimensioni Supersimmetria Tecnicolor W’, Z’ Buchineri

23. Extra-Dimensioni Supersimmetria Tecnicolore W’, Z’ Buchineri

24. FisicaoltreilModello Standard? • Un vuoto non stabile? • Indicazionicontro un modellocomposito • La supersimmetria?

25. La supersimmetricae la materiaoscura? • La supersimmetria associa le particelledellamateria alleparticellechetrasportanole interazioni • Puòspiegare la scala delle masse delle particelle • Puòaiutare ad unificare le interazionifondamentali • La particellasupersimmetrica piùleggerasarebbestabile e con una massainferiore a 1000 GeV • Avrebbeuna densitàsimile a quelladellamateriaoscura Da ricercare con gliesperimenti

26. La materia oscura nell’universo Gliastrofisicici diconoche la maggior parte dellamaterianell’universoèinvisibile: materiaoscura Particelle supersimmetriche? Le cercheremo con l’LHC

27. Indicazioni prima dell’LHC Seilneutralino fosse responsabile dellamateriaoscura La materia ‘oscura’ avrebbe unacaricaeletromagnetica Vietata da b sg Indicazionidalladensità dellamateriaoscura Indicazioni (?) da g - 2 JE + Olive + Santoso + Spanos

28. Fit globaledelle masse supersimmetriche • Approcciostatistico • Datiutilizzati: • Misureelettrodeboli di altaprecisione • Limitesperimentalesullamassa del bosone di Higgs • La densitàdellamateriaoscura • Dati sui decadimenti b  s , Bs  +- • g - 2 (forse) • Combinando le densitàdi probabilità • Analizzandoimodellisupersimmetricipiùsemplici O.Buchmueller, JE et al: arXiv:0808.4128, 0907.5568, 0912.1036, 1011.6118, 1102.4585

29. Prima del’LHC Stimando le masse delleparticellesupersimmetriche O.Buchmueller, JE et al: arXiv:0808.4128

30. Collisioni Protone-Protone 7 TeV + 7 TeV 1,000,000,000 di collisioni ogni secondo Il progetto LHC al CERN • Obiettivi scientifici: • L’origine dellamassa • Lamateria oscura • Il plasma primordiale • L’ asimmetria fra materia edantimateria 1 TeV = 1000 GeV ~ 1000 volte la massa del protone

31. Visioned’insiemedi LHC edeisuoiesperimenti 100 m sottoterra 27 km di circonferenza

33. Un bosone di Higgs potrebbe apparire così

34. La materia oscura potrebbe apparire così Energia invisible portata via da particelle di materiaoscura

35. 20 novembre 2009: contentissimi! 35

36. Concentrazione, ansietà … … attesa e trepidazione

37. Indicazionidopoidati LHC 2010 CMS CMS MHT Seilneutralino fosse responsabile dellamateriaoscura ATLAS 0 Lepton ATLAS 1 Lepton La materia ‘oscura’ avrebbe unacaricaeletromagnetica Vietata da b  s gamma Indicazionidalladensità dellamateriaoscura Indicata (?) da g - 2

38. Con idati LHC 2010 Stimando le masse supersimmetriche CMSSM O.Buchmueller, JE et al: in preparation

39. Con idati LHC 2010 Stimando la massa del gluino CMSSM O.Buchmueller, JE et al: in preparation

40. Con idati LHC 2010 Il processoraroBsμ+μ- ? NUHM1 O.Buchmueller, JE et al: in preparation

41. Traiettoriadei fit nel CMSSM Come hannoevoluto i fit supersimmetrici? Qual’èl’evoluzione possibilenelfuturo? Se non c’è la supersimmetria con 7/fb Se non c’è la supersimmetria con 1 o 2/fb Limitiattuali Prima del’LHC • Vecchipunti di riferimento • ★Fit prima del’LHC • Dopo LHC 2010 • Dopo LHC 2011?

42. Torniamoaineutrini • Il lavoroattuale di Gianluigi, Eligioed amici • Aspettiamo con entusiasmounanuovagenerazione di esperimenti

43. Conclusioni • Impossibile! • Stimare le masse delleparticelle prima delleloroscoperteè un lavorosenza fine • È un complementoessenzialeallericerchesperimentali • Aspettiamo con (im)pazienza le prossimescopertedel’LHC • Senzadubbiosiaprirà un mondonuovo!