Rozpad d -> u e �e d W- e-
Rozpad d -> u e �e d W- e-
u Ż#�e
u Ż#�e
W bardzo masywne (80.4 GeV)
W bardzo masywne (80.4 GeV)
wymiana opisuje wyrażenie 1/(q2-MW2)
wymiana opisuje wyrażenie 1/(q2-MW2)
wielkość q2  mała w porównaniu do MW2
wielkość q2  mała w porównaniu do MW2
GF/"2 = g2/(8 MW2)
GF/"2 = g2/(8 MW2)
p
p
n 4-fermionowe oddziaływanie Fermiego
n 4-fermionowe oddziaływanie Fermiego
efektywne sprzężenie GF=10-5 mp-2
efektywne sprzężenie GF=10-5 mp-2
słabe w porównaniu z ąem
słabe w porównaniu z ąem
Oddziaływania słabe
Oddziaływania słabe
Symetria cechownia itp.
Symetria cechownia itp.
Spontaniczne łamanie symetrii
Spontaniczne łamanie symetrii
Generacja mas
Generacja mas
7 V 2008
7 V 2008
Poszukiwanie cząstki
Poszukiwanie cząstki
Higgsa
Higgsa
Jedna czy więcej?
Jedna czy więcej?
Mierząc �  jedna cząstka H wystarczy
Mierząc �  jedna cząstka H wystarczy
Poprawki do masy Z (energia własna Z)  wkłady
Poprawki do masy Z (energia własna Z)  wkłady
osobliwe ale się kasują
osobliwe ale się kasują
Z b Z Z t Z
Z b Z Z t Z
Ż# Ż#b Ż#t
Ż# Ż#b Ż#t
Poprawki do masy W
Poprawki do masy W
Ż#b
Ż#b
W+ W+
W+ W+
kwark t konieczny! t
kwark t konieczny! t
Poprawki do mas W/Z od H
Poprawki do mas W/Z od H
Pętle z H
Pętle z H
H
H
Z Z
Z Z
Z H
Z H
Z Z
Z Z
Zmieniają stosunek mas
Zmieniają stosunek mas
W i Z ale znacznie mniej niż b i t
W i Z ale znacznie mniej niż b i t
Ale te wkłady od H powoduję że
Ale te wkłady od H powoduję że
przewidywania na mas t niepewne 5%
przewidywania na mas t niepewne 5%
Po odkryciu kwarku t oszacowania na
Po odkryciu kwarku t oszacowania na
masę H około 100 GeV
masę H około 100 GeV
June 2007
June 2007
Heinemann
Heinemann
June 2007
June 2007
Heinemann
Heinemann
S. Heinemeyer, W. Hollik, D. Stockinger, A.M. Weber, G.
S. Heinemeyer, W. Hollik, D. Stockinger, A.M. Weber, G.
Weiglein Spring 2008 MW=80.398ż 0.025, Mt= 172.6ż 1.4
Weiglein Spring 2008 MW=80.398ż 0.025, Mt= 172.6ż 1.4
GeV
GeV
experimental errors 90% CL:
80.70
LEP2/Tevatron (today)
Tevatron/LHC
80.60
ILC/GigaZ
MSSM
80.50
80.40
80.30
SM
SM
MSSM
both models
80.20
Heinemeyer, Hollik, Stockinger, Weber, Weiglein  08
160 165 170 175 180 185
mt [GeV]
W
M [GeV]
experimental errors 68% CL:
80.70
LEP2/Tev (MW = 80.398 ą 0.025 GeV, mt = 172.6 ą 1.4 GeV)
Tev/LHC (�MW = 15 MeV, �mt = 1.0 GeV)
80.60
ILC/GigaZ (�MW = 7 MeV, �mt = 0.1 GeV)
MSSM
80.50
80.40
80.30
SM
SM
MSSM
both models
80.20
Heinemeyer, Hollik, Stockinger, Weber, Weiglein  08
160 165 170 175 180 185
mt [GeV]
W
M [GeV]
Samo-oddziaływanie cząstek H
Samo-oddziaływanie cząstek H
Dwie cząstki H przyciągają się- mogą powstać
Dwie cząstki H przyciągają się- mogą powstać
stany związane a pewna część energii ujemna
stany związane a pewna część energii ujemna
(en. wiązania)
(en. wiązania)
Stan związany wielu (nieskończenie wielu)
Stan związany wielu (nieskończenie wielu)
cząstek H i całkowita energia ujemna takiego
cząstek H i całkowita energia ujemna takiego
stanu. Jest on rozciągły przestrzennie..
stanu. Jest on rozciągły przestrzennie..
Takie obiekty mogły powstać na początku
Takie obiekty mogły powstać na początku
Wszechświata, i oddziaływanie grawitacyjne
Wszechświata, i oddziaływanie grawitacyjne
Wszechświat wielkości piłki futbolowej -
Wszechświat wielkości piłki futbolowej -
zakrzywienie Wszechświata
zakrzywienie Wszechświata
Teorie, że Wszechświat był początkowo
Teorie, że Wszechświat był początkowo
zakrzywiony w przeciwny sposób i po
zakrzywiony w przeciwny sposób i po
wystąpieniu stanów H zniesienie krzywizny
wystąpieniu stanów H zniesienie krzywizny
dziś Wszechświat płaski
dziś Wszechświat płaski
The theory ends here -
The theory ends here -
Veltman
Veltman
Samo-oddziaływanie H proporcjonalne
Samo-oddziaływanie H proporcjonalne
do masy H
do masy H
Dla dużych mas (>500 GeV) załamuje
Dla dużych mas (>500 GeV) załamuje
się rachunek zaburzeń
się rachunek zaburzeń
The theory ends here. We need help.
The theory ends here. We need help.
Experiments must clear up this mess.
Experiments must clear up this mess.
LHC pp, ILC e+e- (PLC ł ł, eł)
LHC pp, ILC e+e- (PLC ł ł, eł)
Symetria
Symetria
Symetria  idea za pomocą której
Symetria  idea za pomocą której
człowiek w ciągu wieków starał się
człowiek w ciągu wieków starał się
zrozumieć i ustanowić porządek, piękno i
zrozumieć i ustanowić porządek, piękno i
doskonałość  H. Weyl (Getynga)
doskonałość  H. Weyl (Getynga)
Pojecie symetrii cechowania Weyl 1918
Pojecie symetrii cechowania Weyl 1918
1918 E. Noether związek symetrii i praw
1918 E. Noether związek symetrii i praw
zachowania: symetria względem
zachowania: symetria względem
przesunięcia w czasie  zachowanie
przesunięcia w czasie  zachowanie
energii
energii
w przestrzeni  .. pędu
w przestrzeni  .. pędu
obroty  ..momentu pędu
obroty  ..momentu pędu
Symetrie wewnętrzne np. prawo-lewo
Symetrie wewnętrzne np. prawo-lewo
Symetria globalna i lokalna
Symetria globalna i lokalna
Globalna  niezależnie od położenia i
Globalna  niezależnie od położenia i
czasu
czasu
Lokalna  zależna od (x,y,z) i t
Lokalna  zależna od (x,y,z) i t
Symetria (niezmienniczość)
Symetria (niezmienniczość)
cechowania
cechowania
Względem zmiany skali (wycechowania)
Względem zmiany skali (wycechowania)
przyrzadu pomiarowego
przyrzadu pomiarowego
W wersji globalnej  zmiana kalendarza,
W wersji globalnej  zmiana kalendarza,
skali temperatury czy położenia południka
skali temperatury czy położenia południka
zerowego  nie wpływa na odstęp czasu,
zerowego  nie wpływa na odstęp czasu,
ilości ciepła potrzebnego do podgrzania
ilości ciepła potrzebnego do podgrzania
wody czy czasu podróży. Podobnie zmiana
wody czy czasu podróży. Podobnie zmiana
nominalu pieniądza globalnie
nominalu pieniądza globalnie
niezmiennicze przychody czy straty firmy.
niezmiennicze przychody czy straty firmy.
W wersji lokalnej  całkowity chaos..
W wersji lokalnej  całkowity chaos..
Symetria lokalna
Symetria lokalna
Zmiana opisu np. elektronu przez zmianę fazy
Zmiana opisu np. elektronu przez zmianę fazy
� =� ei�
� =� ei�
nie wpływa na prawdopodobieństwo
nie wpływa na prawdopodobieństwo
(taka niezmienniczość teorii istotnie występuje
(taka niezmienniczość teorii istotnie występuje
gdy globalna zmiany fazy)
gdy globalna zmiany fazy)
Lokalna zmiana opisu elektronu  OK,
Lokalna zmiana opisu elektronu  OK,
jeżeli jest rekompensowana przez zmienność
jeżeli jest rekompensowana przez zmienność
lokalną innego czynnika
lokalną innego czynnika
Pojawiają się oddziaływania pomiędzy różnymi
Pojawiają się oddziaływania pomiędzy różnymi
elementami układu i ścisłe związki formy
elementami układu i ścisłe związki formy
oddziaływania z istnieniem symetrii lokalnej
oddziaływania z istnieniem symetrii lokalnej
Zasada cechowania
Zasada cechowania
Zasada cechowania jako konstrukcja opisu
Zasada cechowania jako konstrukcja opisu
oddziaływań: niezmienniczość opisu względem
oddziaływań: niezmienniczość opisu względem
lokalnej zmiany fazy fermionów o ile istnieje
lokalnej zmiany fazy fermionów o ile istnieje
odpowiednie oddz. z odpowiednim charakterem
odpowiednie oddz. z odpowiednim charakterem
kompensujących zmian opisu (cechowania)
kompensujących zmian opisu (cechowania)
nośników tych oddziaływań  bozonów cechowania
nośników tych oddziaływań  bozonów cechowania
E-m: zmiana fazy (symetria U(1)) elektronu
E-m: zmiana fazy (symetria U(1)) elektronu
istnienie oddz e-m, które można cechować
istnienie oddz e-m, które można cechować
odpowiednio (cechowanie fotonu)
odpowiednio (cechowanie fotonu)
Swoboda cechowania  znany fakt z fizyki
Swoboda cechowania  znany fakt z fizyki
klasycznej: wybór punktu (poziomu) zerowania się
klasycznej: wybór punktu (poziomu) zerowania się
potencjałów elektrycznego lub grawitacyjnego
potencjałów elektrycznego lub grawitacyjnego
Oddziaływania elektrosłabe
Oddziaływania elektrosłabe
- bozony W i Z masywne
- bozony W i Z masywne
Symetria wzg. lokalnej grupy cechowania
Symetria wzg. lokalnej grupy cechowania
przekształceń (transformacji) unitarnych SU(2)xU(1),
przekształceń (transformacji) unitarnych SU(2)xU(1),
nośniki - Wż, Z i ł
nośniki - Wż, Z i ł
SU(2)  grupa nieabelowa (nieprzemienna) wynik złożenia
wynik złożenia
SU(2)  grupa nieabelowa (nieprzemienna)
dwóch przekształceń zależy od kolejności jak mnożenie macierzy
dwóch przekształceń zależy od kolejności jak mnożenie macierzy
Teorie z cechowaniem typu Yanga- Millsa(nieabelowe)
Teorie z cechowaniem typu Yanga- Millsa(nieabelowe)
Cząstki W,Z, foton i fermiony (elektron, muon,
Cząstki W,Z, foton i fermiony (elektron, muon,
kwarki& ) zgodnie z ta symetrią musza być
kwarki& ) zgodnie z ta symetrią musza być
bezmasowe, człony masowe łamią te symetrię,
bezmasowe, człony masowe łamią te symetrię,
ale przecież te cząstki (poza fotonem) nie są
ale przecież te cząstki (poza fotonem) nie są
bezmasowe!
bezmasowe!
Generowanie mas w specjalny sposób - spontaniczne
Generowanie mas w specjalny sposób - spontaniczne
łamanie symetrii SSB
łamanie symetrii SSB
Spontaniczne łamanie symetrii- np.
Spontaniczne łamanie symetrii- np.
ferromagnetyk, domeny poniżej temp Curie, a
ferromagnetyk, domeny poniżej temp Curie, a
oddziaływanie dipoli magn. nie zależy od kierunku
oddziaływanie dipoli magn. nie zależy od kierunku
Wybierz ciasteczko (lewe-prawe?)
Wybierz ciasteczko (lewe-prawe?)
a inni musza się
a inni musza się
dostosować
dostosować
Pionowy kijek  gdzie upadnie?
Pionowy kijek  gdzie upadnie?
Mechanizm Brouta-Englerta-Higgsa
Mechanizm Brouta-Englerta-Higgsa
Schwinger 1962  łamanie symetrii lokalnei i
Schwinger 1962  łamanie symetrii lokalnei i
globalnej różnią się; gdy lokalna nie muszą się
globalnej różnią się; gdy lokalna nie muszą się
pojawiać bezmasowe cząstki (bozony
pojawiać bezmasowe cząstki (bozony
Goldsone a)
Goldsone a)
Anderson 1963  nadprzewodnictwo to też
Anderson 1963  nadprzewodnictwo to też
przykład SSB oddz. e-m a nie pojawia się
przykład SSB oddz. e-m a nie pojawia się
bezmasowa cząstka, wie może w innych
bezmasowa cząstka, wie może w innych
lokalnie symetrycznych teoriach tak będzie
lokalnie symetrycznych teoriach tak będzie
R. Brout i F. Englert (Phys. Rev Lett. 13, 1964,
R. Brout i F. Englert (Phys. Rev Lett. 13, 1964,
321) opis mechanizmu SSB dla teorii z
321) opis mechanizmu SSB dla teorii z
cechowaniem lokalnym
cechowaniem lokalnym
P. Higgs, Phys.Rev.Lett.13,1964, 508, Phys. Lett.
P. Higgs, Phys.Rev.Lett.13,1964, 508, Phys. Lett.
12,1964, 132 (praca początkowo odrzucona jako
12,1964, 132 (praca początkowo odrzucona jako
nieistotna dla fizyki cząstek elementarnych)
nieistotna dla fizyki cząstek elementarnych)
Generacja masy bozonów W i
Generacja masy bozonów W i
Z
Z
Połączenie lokalnej symetrii cechowania i
Połączenie lokalnej symetrii cechowania i
spontanicznego łamania symetrii  spójny
spontanicznego łamania symetrii  spójny
opis oddziaływań EW
opis oddziaływań EW
Nieoberwowane bozony Goldstona po
Nieoberwowane bozony Goldstona po
sklejeniu z nieobserwowanymi bezmasowymi
sklejeniu z nieobserwowanymi bezmasowymi
bozonami cechowania tworzą masywne bozony
bozonami cechowania tworzą masywne bozony
Wż i Z
Wż i Z
Foton pozostaje bezmasowy
Foton pozostaje bezmasowy
SU(2)xU(1) U(1)em
SU(2)xU(1) U(1)em
Również fermiony dostają masę
Również fermiony dostają masę
Mechanizm BEH przewiduje istnienie
Mechanizm BEH przewiduje istnienie
neutralne, bezspinowej cząstki 
neutralne, bezspinowej cząstki 
bozonu Higgsa H
bozonu Higgsa H
Wszystkie sprzężenia H ze znanymi
Wszystkie sprzężenia H ze znanymi
cząstkami  jak wynika z wymogów
cząstkami  jak wynika z wymogów
kasowania się niewłaściwych członów !!
kasowania się niewłaściwych członów !!
Masa Higgsa wolnym parametrem
Masa Higgsa wolnym parametrem
Skąd ta cząstka się bierze? Musimy coś
Skąd ta cząstka się bierze? Musimy coś
dodać  dodajemy dublet pól skalarnych
dodać  dodajemy dublet pól skalarnych
(zespolone). To oznacza dodanie 4
(zespolone). To oznacza dodanie 4
rzeczywistych pól, 3 są użyte na
rzeczywistych pól, 3 są użyte na
zbudowanie fizycznych cząstek Wż i Z a
zbudowanie fizycznych cząstek Wż i Z a
pozostałe pole opisuje cząstkę H
pozostałe pole opisuje cząstkę H
Symmetry - a main idea of
Symmetry - a main idea of
modern particle physics
modern particle physics
Interactions are described by gauge principle
Interactions are described by gauge principle
Masses are generated by a spontaneus
Masses are generated by a spontaneus
symmetry breaking (Higgs mechanism)
symmetry breaking (Higgs mechanism)
Prediction: Higgs boson(s)
Prediction: Higgs boson(s)
HIGGS SECTOR  a key to underlying
HIGGS SECTOR  a key to underlying
theory
theory
SYMMETRY from D. Gross talk at Photon2005
from D. Gross talk at Photon2005
SYMMETRY
BEFORE EINSTEIN
Symmetries were regarded as consequences of the dynamical
Symmetries were regarded as consequences of the dynamical
laws of nature.
laws of nature.
AFTER EINSTEIN
Einstein recognized the relativistic symmetry implicit in Maxwell s
Einstein recognized the relativistic symmetry implicit in Maxwell s
equations and elevated it to a a symmetry of space-time.
equations and elevated it to a a symmetry of space-time.
THE GEOMETRIZATION OF SYMMETRY
Symmetry is a primary feature of nature that constrains the
allowable dynamical laws.
LOCAL SYMMETRY
LOCAL SYMMETRY
GLOBAL SYMMETRY
Global symmetries are regularities of the laws of motion formulated in terms
of physical events; the application of the symmetry transformation yields a
different physical situation, but all observations are invariant under the
transformation. The traditional symmetries discovered in nature were global
symmetries, transformations of a physical system in a way that is the same
everywhere in space.
LOCAL SYMMETRY
Local (or gauge) symmetries are of a totally different nature, are formulated
only in terms of the laws of nature; the application of the symmetry
transformation merely changes our description of the same physical situation,
does not lead to a different physical situation.
SYMMETRY DICTATES DYNAMICS
1912-17
General Coordinate Gravitation
1968-73
Gauge Invariance
Electro-Weak and Strong
THE THEORY OF MATTER
THE THEORY OF MATTER
and STANDARD MODEL(S)
and STANDARD MODEL(S)
F. Wilczek, LEPFest, Nov.2000 (hep-ph/0101187)
F. Wilczek, LEPFest, Nov.2000 (hep-ph/0101187)
Theory of Matter = SU(2)_I weak x U(1)_Y weak x SU(3)_color
Theory of Matter = SU(2)_I weak x U(1)_Y weak x SU(3)_color
Theory of Matter refers to the core concepts
Theory of Matter refers to the core concepts
quantum field theory
quantum field theory
gauge symmetry
gauge symmetry
spontaneous symmetry breaking
spontaneous symmetry breaking
asymptotic freedom
asymptotic freedom
the assignments of the lightest quarks and leptons
the assignments of the lightest quarks and leptons
Standard Models: Choose the number of Higgs (scalar) doublets
Standard Models: Choose the number of Higgs (scalar) doublets
- 1HDM, 2HDM (MSSM), 3HDM ...
- 1HDM, 2HDM (MSSM), 3HDM ...
NonStandard Models are based on more radical assumptions.
NonStandard Models are based on more radical assumptions.
See eg. CP Study and the Nonstandard Higgs Workshop 2002-2006
See eg. CP Study and the Nonstandard Higgs Workshop 2002-2006
(CERN Report hep-ph/0608079)
(CERN Report hep-ph/0608079)