Автореферат (1104366)
Текст из файла
На правах рукописиТимирясов Инар ИльдаровичПроявления новой физики в ускорительныхэкспериментах высокой интенсивности01.04.02 – Теоретическая физика01.04.16 – Физика атомного ядра и элементарных частицАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2016Работа выполнена на кафедре физики частиц и космологии физическогофакультета МГУ имени М.В.
Ломоносова.Научные руководители:Белокуров Владимир Викторовичд. ф.-м. н., профессорФГБОУ ВО «Московский государственныйуниверситет имени М.В.Ломоносова»Горбунов Дмитрий Сергеевичд. ф.-м. н., профессор РАН,в. н. с. ФГБУН Институт ядерных исследованийРоссийской академии наукОфициальные оппоненты:Бедняков Александр Вадимовичк.
ф.-м. н., с. н. с ЛТФ им. Н.Н. Боголюбова,Объединенный институт ядерных исследованийФаустов Рудольф Николаевичд. ф.-м. н., профессор.г. н. с. Вычислительного центра им. А.А. ДородницынаФИЦ ИУ РАНВедущая организация:Отделение ядерной физики и астрофизикиФГБУН Физический институтим.П.Н. Лебедева Российской академии наукЗащита состоится 16 июня 2016 г. в 16 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 501.002.10 при Московском государственном университете имениМ.В.Ломоносова, расположенном по адресу: 119991, г.
Москва, Ленинские горы,МГУ, дом 1, стр. 2, физический факультет, СФА.С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке МГУ имениМ.В. Ломоносова.Автореферат разослан «»2016 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.10,доктор физико-математических наук,профессорП.А. ПоляковОбщая характеристика работыАктуальность темы исследования.Бурное развитие физики в прошлом столетии привело к созданиюСтандартной Модели физики элементарных частиц (СМ), основанной натеории электрослабых и сильных взаимодействий.Эта модель проверена во множестве различных экспериментов.Последний и наиболее важный недостающий ингридиент СМ — бозонХиггса — был открыт на Большом Адронном Коллайдере (Large HadronCollider, далее по тексту — LHC) в 2012 году [1, 2].Единственным экспериментально установленным фактом в областифизики частиц, объяснение которого требует выхода за рамки СМ, является наблюдение осцилляций нейтрино (основные экспериментальныеи теоретические результаты, связанные с физикой нейтрино, подробнообсуждаются А.
Струмиа и Ф. Виссани в обзоре [3]). В СМ нейтринопредставлены, в отличие от остальных фермионов, только левыми компонентами, и для них невозможно выписать калибровочно инвариантноеперенормируемое массовое слагаемое. В результате в СМ сохраняетсялептонное число и запрещены осцилляции, т.е. переходы нейтрино одного аромата в нейтрино другого аромата.Другие аргументы в пользу необходимости расширения СМ следуют из астрофизических и космологических наблюдений. В данной работезатронуты проблемы темной материи и барионной асимметрии Вселенной. Подробное описание этих проблем и ссылки на обзоры можно найтив работе Д. Горбунова и В. Рубакова [4].Помимо указаний, так или иначе связанных с экспериментом, существуют и сугубо теоретические трудности в самой СМ. Одной из них является так называемая проблема калибровочной иерархии [5], связаннаяс квадратичными расходимостями, которые возникают при вычислениипоправок к массе скалярного бозона.Для решения указанных проблем было предложено огромное коли3чество разнообразных моделей, однако ни одна из них пока не была подтверждена.
Изучение этих моделей и их возможных проявлений являетсяактуальной задачей как теоретической физики, так и физики элементарных частиц.Большинство моделей «новой физики» предполагают существование частиц, которые не представлены в СМ. Поиски этих новых частицмогут вестись по разным направлениям.Во-первых, это могут быть прямые поиски на ускорителях, такихкак LHC.
Можно ожидать, что еще неизвестные, относительно тяжелыечастицы будут рождаться при энергиях, которые доступны для LHC.Во-вторых, нельзя исключить возможность того, что неизвестныечастицы являются достаточно легкими, но при этом очень слабо взаимодействуют с обыкновенной материей, и поэтому пока не обнаружены.Для прямого поиска таких частиц отлично подходят ускорительные эксперименты высокой интенсивности.
Примером такого эксперимента является предложенный недавно в ЦЕРНе эксперимент с фиксированноймишенью SHiP [6, 7]. В этом эксперименте планируется направить пучокпротонов с энергией 400 ГэВ на неподвижную мишень. В процессе взаимодействия протонов с мишенью (а также в распадах вторичных частиц)могут рождаться частицы, предсказываемые моделями новой физики.
Завремя сбора данных планируется направить на мишень 2 · 1020 протонов,что обеспечит статистику, достаточную для рождения очень слабо взаимодействующих частиц.Наконец, можно искать косвенные проявления моделей новой физики. Например, процессы, обусловленные виртуальным обменом неизвестной частицей. Вероятности таких процессов в реалистичных моделях крайне малы, поэтому их обнаружение возможно в экспериментахвысокой интенсивности, которые позволяют обеспечить необходимую статистику.Цель и задачи диссертационной работы.Основной целью данной работы является определение перспектив4поиска проявлений новой физики в экспериментах высокой интенсивности.
Разумеется, в одной работе невозможно охватить все многообразиемоделей физики за рамками СМ и различных экспериментов, поэтомумы ограничимся анализом конкретных моделей:1. Расширение СМ, позволяющее за счет введения трех правых стерильных нейтрино объяснить явления осцилляций, темной материии барионной асимметрии, получило в литературе название MSM(neutrino Minimal Standard Model). Эта модель предполагает существование тяжелых, с массами порядка единиц ГэВ, нейтральных лептонов, смешивающихся с активными нейтрино.
В работе[8] было показано, что прямые поиски этих частиц, например вэкспериментах с фиксированной мишенью, позволят изучить значительную область пространства параметров модели. Посколькустерильные нейтрино (тяжелые лептоны) благодаря смешиванию сактивными нейтрино приводят на однопетлевом уровне к эффектам, запрещенным в СМ (например, к распадам типа → ), возникает задача определить, могут ли поиски подобных косвенныхпроявлений MSM конкурировать с экспериментами по прямомуобнаружению стерильных нейтрино.2. В модели с большими дополнительными измерениями и одним поколением имеются тяжелые моды калибровочных бозонов, в результате обмена которыми могут идти процессы с несохранением лептонного числа.
В работе [9] рассматривались редкие процессы сучастием каонов, и было получено ограничение на размер дополнительных измерений. В настоящее время стремительно развиваетсяфизика тяжелых мезонов, поэтому встает задача изучения редкихпроцессов с участием B- и D- мезонов и получения новых ограничений на размер дополнительных измерений.3. Простое, но по-прежнему феноменологически интересное расширение СМ, содержащее массивные «парафотоны» (векторные бозоны,5смешивающиеся с фотоном), позволяет проиллюстрировать основные особенности поиска новой физики в экспериментах с фиксированной мишенью.
Для этой модели требуется определить областьпространства параметров (которая в простейшем случае является плоскостью масса - смешивание), к которой будет чувствителенпланируемый эксперимент SHiP.4. В минимальном суперсимметричном расширении СМ с нарушенной -четностью необходимо определить область пространства параметров, к которой будет чувствителен SHiP. Также, анализируяопубликованные данные по поиску стерильных нейтрино, которыйпроводился в эксперименте с фиксированной мишенью CHARM,можно получить ограничения на эту область.Научная новизна и практическая значимость.В диссертации исследованы редкие процессы с нарушением лептонного числа и аромата в модели MSM.
Для значений масс и углов смешивания стерильных нейтрино, при которых модель успешно объясняетосцилляции нейтрино, барионную асимметрию Вселенной и наличие темной материи, впервые получены теоретические предсказания интенсивностей этих процессов. Значимость этих результатов состоит в том, чтоони позволяют определить стратегию поиска проявлений MSM.
В экспериментах по поиску редких процессов не удастся поставить ограниченияна параметры модели или найти ее проявления. Следовательно, предпочтение должно отдаваться экспериментам с фиксированной мишенью, вкоторых возможно прямое рождение стерильных нейтрино.В рамках модели с большими дополнительными измерениями и одним поколением впервые проанализированы процессы с участием тяжелых мезонов.
Показано, что наибольший интерес в рамках этой моделипредставляет процесс трехчастичного распада -мезона на каон, мюони электрон.В работе впервые получены теоретические предсказания для чув6ствительности планирующегося в ЦЕРНе эксперимента SHiP к парафотонам — гипотетическим векторным частицам, смешивающимся с фотонами. Эти результаты вошли в физическую программу экспериментаSHiP.В диссертации получены теоретические предсказания для чувствительности эксперимента SHiP к нейтралино в минимальной суперсимметричной модели с нарушенной -четностью. Рассмотрены новые каналырождения и распада нейтралино в условиях этого эксперимента. Эти результаты могут быть использованы для установления ограничений нанарушающие -четность параметры в случае отсутствия сигнала в экспериментальных данных.Также впервые получены ограничения на параметры минимальнойсуперсимметричной модели с нарушенной -четностью, основанные наанализе данных эксперимента CHARM.Положения, выносимые на защиту:1.
Вычисление интенсивностей редких процессов с нарушением лептонного аромата и полного числа лептонов в MSM для значенийпараметров модели, при которых она одновременно описывает осцилляции нейтрино и объясняет явления темной материи и барионной асимметрии Вселенной.2. Определение значения эффективной массы нейтрино для процессабезнейтринного двойного бета-распада в случае прямой и обратнойиерархии масс в рамках MSM.3.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
