Auf den Spuren Exzeptioneller 'Grand Unification' am …reuter/downloads/2010_siegen.pdf2/31J. R. Reuter Auf den Spuren Exzeptioneller ”Grand Uniﬁcation” am LHC Siegen, 22.10.2010

0/31 J. R. Reuter Auf den Spuren Exzeptioneller ”Grand Unification” am LHC Siegen, 22.10.2010

Auf den SpurenExzeptioneller ”Grand Unification” am LHC

Jurgen R. Reuter

University of Edinburgh / Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg

Vortrag, Siegen, 22. Oktober 2010


Teilchenphysik - “The High Energy Frontier”System Große Energie

Molekule 10−8 m ∼ 10−1 eVAtome 10−10 m ∼ eV . . . . . . keVKerne 10−14 m ∼ 10 MeVNukleonen 10−15 m . 1 GeV

Auflosungsvermogen: ∆x ∼ (∆E)−1

⇒ Hochenergie-Beschleuniger


Teilchenphysik - “The High Energy Frontier”System Große Energie

Molekule 10−8 m ∼ 10−1 eVAtome 10−10 m ∼ eV . . . . . . keVKerne 10−14 m ∼ 10 MeVNukleonen 10−15 m . 1 GeV

Tevatron 1.96 TeV→ LHC 7 TeV


Das Standardmodell der Teilchenphysik – Erfolge

Wechselwirkung Starke Reichweite Eigenschaft

stark 1 ∼ 10−15 m

elektromagnetisch 10−2 ∞

schwach 10−12 . 10−17 m

Gravitation 10−39 ∞

– Wechselwirkungen: relativistische Quantenfeldtheorien– schwache WW: erklart radioaktive Zerfalle Fermi, 1934

– elektroschwache Vereinigung Glashow, Salam, Weinberg, 1967-1969

– starke WW: asymptotische Freiheit Gross, Politzer, Wilczek, 1973

– Entdeckung des Gluons DESY 1979 W , Z CERN, 1983

– Experimentelle Bestatigung: besser als 1%


Das Higgs-Boson – A Long Expected Party– Higgs: fundamentales Skalarfeld

Anderson, Nambu, Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Kibble, Higgs,

1961-1964

– Vakuumerwartungswert v = 246 GeV– bricht elektroschwache Symmetrie

zum Elektromagnetismus– verleiht Elementarteilchen Masse– koppelt proportional zur Masse

40 Jahre erfolglose Suche


Das Standardmodell der Teilchenphysik – ZweifelMeasurement Fit |Omeas−Ofit|/σmeas

0 1 2 3

0 1 2 3

∆αhad(mZ)∆α(5) 0.02758 ± 0.00035 0.02768mZ [GeV]mZ [GeV] 91.1875 ± 0.0021 91.1875ΓZ [GeV]ΓZ [GeV] 2.4952 ± 0.0023 2.4957σhad [nb]σ0 41.540 ± 0.037 41.477RlRl 20.767 ± 0.025 20.744AfbA0,l 0.01714 ± 0.00095 0.01645Al(Pτ)Al(Pτ) 0.1465 ± 0.0032 0.1481RbRb 0.21629 ± 0.00066 0.21586RcRc 0.1721 ± 0.0030 0.1722AfbA0,b 0.0992 ± 0.0016 0.1038AfbA0,c 0.0707 ± 0.0035 0.0742AbAb 0.923 ± 0.020 0.935AcAc 0.670 ± 0.027 0.668Al(SLD)Al(SLD) 0.1513 ± 0.0021 0.1481sin2θeffsin2θlept(Qfb) 0.2324 ± 0.0012 0.2314mW [GeV]mW [GeV] 80.398 ± 0.025 80.374ΓW [GeV]ΓW [GeV] 2.140 ± 0.060 2.091mt [GeV]mt [GeV] 170.9 ± 1.8 171.3

– beschreibt Mikrokosmos (zu gut?)

28 freie Parameter

Form des Higgs-Potentials ?

Hierarchie–Problemchirale Symmetrie: δmf ∝ v ln(Λ2/v2)

keine Symmetrie fur Quantenkorrekturenzur Higgs-Masse

δM2H ∝ Λ2 Λ ∼MPlanck = 1019 GeV

20000 GeV2 = ( 1000000000000000000000000000000020000 –

1000000000000000000000000000000000000 ) GeV2


Das Standardmodell der Teilchenphysik – Zweifel– beschreibt Mikrokosmos (zu gut?)

– 28 freie Parameter

– Form des Higgs-Potentials ?

250

500

750

103 106 109 1012 1015 1018

MH [GeV]

Λ[GeV]

Hierarchie–Problemchirale Symmetrie: δmf ∝ v ln(Λ2/v2)

keine Symmetrie fur Quantenkorrekturenzur Higgs-Masse

δM2H ∝ Λ2 ∼M2

Planck = (1019)2 GeV2

20000 GeV2 = ( 1000000000000000000000000000000020000 –

1000000000000000000000000000000000000 ) GeV2


Offene Fragen

– Vereinigung aller Wechselwirkungen (?)

– Baryonasymmetry ∆NB −∆NB ∼ 10−9

fehlende CP-Verletzung

– Flavour: drei Generationen

– Winzige Neutrino-Massen: mν ∼ v2

M

– Dunkle Materie:I stabilI schwach wechselwirkendI mDM ∼ 100 GeV

– Quantentheorie der Gravitation

– Kosmische Inflation

– Kosmologische Konstante

0

10

20

30

40

50

60

102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018

αi-1

U(1)

SU(2)

SU(3)

µ (GeV)

Standard Model



Ideen fur Neue Physik seit 1970

(1) Symmetrie zur Eliminierung der Quantenkorrekturen– Supersymmetrie: Spin-Statistik⇒ Korrekturen von Bosonen und

Fermionen heben sich weg– Little-Higgs-Modelle: Globale Symmetrien⇒ Korrekturen durch Teilchen

gleicher Statistik heben sich weg

(2) Neue Bausteine, Sub-Struktur– Technicolor/Topcolor: Higgs gebundener Zustand stark

wechselwirkender Teilchen

(3) Nichttriviale Raumzeitstruktur eliminiert Hierarchie– Zusatzl. Raumdimensionen: Gravitation erscheint nur schwach– Nichtkommutative Raumzeit: Kornigkeit der Raumzeit

(4) Ignorieren der Hierarchie– Anthropisches Prinzip: Werte sind so, weil wir sie beobachten


Ideen fur Neue Physik seit 1970

(1) Symmetrie zur Eliminierung der Quantenkorrekturen– Supersymmetrie: Spin-Statistik⇒ Korrekturen von Bosonen und

Fermionen heben sich weg– Little-Higgs-Modelle: Globale Symmetrien⇒ Korrekturen durch Teilchen

gleicher Statistik heben sich weg

(2) Neue Bausteine, Sub-Struktur– Technicolor/Topcolor: Higgs gebundener Zustand stark

wechselwirkender Teilchen

(3) Nichttriviale Raumzeitstruktur eliminiert Hierarchie– Zusatzl. Raumdimensionen: Gravitation erscheint nur schwach– Nichtkommutative Raumzeit: Kornigkeit der Raumzeit

(4) Ignorieren der Hierarchie– Anthropisches Prinzip: Werte sind so, weil wir sie beobachten


Supersymmetrie (SUSY) Gelfand/Likhtman, 1971; Akulov/Volkov, 1973; Wess/Zumino, 1974

– verknupft Eich- und Raumzeit-Symmetrien

– Multipletts mit Fermionen und Bosonengleicher Masse

⇒ SUSY in der Natur gebrochen

|Boson〉 |Fermion〉Q

Q

0

12

1J

r

r r

r r

– Erweitere jedes Teilchen umeinen Superpartner

– Minimales SupersymmetrischesStandard-Modell (MSSM)

– Masseneigenzustande:Charginos: χ± = H±, W±

Neutralinos: χ0 = H, Z, γ


Hassliebe SUSY: Erfolge und Nebenwirkungen

spontane SUSY-Brechung im MSSM E(SUSY-Partner im MeV-Bereich)Brechung in “hidden sector”, induziert100 freie Parameterlost Hierarchieproblem:δMH ∝ F log(Λ2)

Λ(?)

F = O(1 TeV)

v = 246 GeV

0

10

20

30

40

50

60

102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018

αi-1

U(1)

SU(2)

SU(3)

µ (GeV)

Standard Model

I Existenz fundamentaler SkalareI Form des Higgs-PotentialsI leichtes Higgs (MH = 90± 50 GeV)I diskrete R-Paritat

I SM-Teilchen gerade, SUSY-Partnerungerade

I verhindert zu schnellen ProtonzerfallI leichtester SUSY-Partner (LSP) stabil

Dunkle Materie χ01

I Vereinigung der Kopplungskonstanten




Λ(?)

F = O(1 TeV)

v = 246 GeV

0

10

20

30

40

50

60

102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018

MSSM

αi-1

U(1)

SU(2)

SU(3)

µ (GeV)




Dunkle Materie χ01





Λ(?)

F = O(1 TeV)

v = 246 GeV

0

100

200

300

400

500

600

700

800

m [GeV]

lR

lLνl

τ1

τ2

χ01

χ02

χ03

χ04

χ±1

χ±2

uL, dRuR, dL

g

t1

t2

b1

b2

h0

H0, A0 H±




Dunkle Materie χ01



Supersymmetrische Große Vereinheitlichung


Standardbeispiel: (SUSY) SU(5)

SU(5) −→MX

SU(3)c × SU(2)w × U(1)Y −→MZ

SU(3)c × U(1)em

SU(5) hat 52 − 1 = 24 Generatoren:

24→ (8,1)0︸︷︷︸Gβα

⊕ (1,3)0︸︷︷︸W

⊕ (1,1)0︸︷︷︸B

⊕ (3,2) 53︸︷︷︸

X,Y

⊕ (3,2)− 53︸︷︷︸

X,Y

A = g24∑

a=1

Aaλa

2=

g√2

√2Ga

λaGM

2

X Y

X Y

X Y

X X X

Y Y Y

√2W aσ

2

− g

2√

15B

−2

−2

−2

0

0+3

+3


Standardbeispiel: (SUSY) SU(5)

SU(5) −→MX

SU(3)c × SU(2)w × U(1)Y −→MZ

SU(3)c × U(1)em

SU(5) hat 52 − 1 = 24 Generatoren:

24→ (8,1)0︸︷︷︸Gβα

⊕ (1,3)0︸︷︷︸W

⊕ (1,1)0︸︷︷︸B

⊕ (3,2) 53︸︷︷︸

X,Y

⊕ (3,2)− 53︸︷︷︸

X,Y

A = g24∑

a=1

Aaλa

2=

g√2

√2Ga

λaGM

2

X Y

X Y

X Y

X X X

Y Y Y

√2W aσ

2

− g

2√

15B

−2

−2

−2

0

0+3

+3


Wechselwirkungen

d

e

Xu

e

Yd

ν

Y

Leptoquark-Kopplungen

(und SUSY-Vertizes)

u

u

Xd

u

Y

Diquark-Kopplungen

(und SUSY-Vertizes)

Vektorbosonen induzieren z.B.Zerfall p→ e+π0

d

u

u

d

Ye+


Wechselwirkungen

d

e

Xu

e

Yd

ν

Y

Leptoquark-Kopplungen

(und SUSY-Vertizes)

u

u

Xd

u

Y

Diquark-Kopplungen

(und SUSY-Vertizes)

Proton-Lebensdauer mit α(MGUT ) ∼ 124

und MGUT ∼ 2× 1016 GeV:

τ(p→ e+π0) ∼ M4GUT

[α(MGUT )]2m5p→ 1031±1 Jahre


Das Dublett-Triplett-Splitting

SU(5)-Brechung: Higgs Σ in adjungierter 24 rep.

〈Σ〉 = w × diag(1, 1, 1,− 32 ,− 3

2 ) MX = MY =5

2√

2g w

andere Brechungsmechanismen moglich (z.B. Orbifold)

(MS)SM Higgs(e) in 5⊕ 5

5 = :

D

D

D

h+

h0

5 = :

Dc

Dc

Dc

h−

−h0

5 = (3,1)− 2

3⊕ (1,2)1 5 = (3,1) 2

3⊕ (1,2)−1

I D,Dc farbige Triplett-Higgse mit Ladungen ± 13

I induzieren auch Proton-Zerfall mH ∼ 100 GeV, mD ∼ 1016 GeVI Dublett-Triplett-Splitting Problem


Das Dublett-Triplett-Splitting

SU(5)-Brechung: Higgs Σ in adjungierter 24 rep.

〈Σ〉 = w × diag(1, 1, 1,− 32 ,− 3

2 ) MX = MY =5

2√

2g w

andere Brechungsmechanismen moglich (z.B. Orbifold)(MS)SM Higgs(e) in 5⊕ 5

5 = :

D

D

D

h+

h0

5 = :

Dc

Dc

Dc

h−

−h0

5 = (3,1)− 2

3⊕ (1,2)1 5 = (3,1) 2

3⊕ (1,2)−1

I D,Dc farbige Triplett-Higgse mit Ladungen ± 13

I induzieren auch Proton-Zerfall mH ∼ 100 GeV, mD ∼ 1016 GeVI Dublett-Triplett-Splitting Problem


Proton-Zerfall experimentum crucis fur GUTs

I Tracking-Kalorimeter (SOUDAN) oderRICH Cerenkov-Zahler

I Super-Kamiokande: 50 kt-Wasser-RICHI Zur Rekonstruktion: Zeit + Ort messen

0

+

π

e

γ

γ

P

Neue Experimente:HyperK (1 Mt), UNO (650 kt), Europaisches Projekt Frejus (1 Mt)

Prazision: 10 Jahre Laufzeit =⇒ 1034 − 1035 Jahre


Proton-Zerfall experimentum crucis fur GUTs

I Tracking-Kalorimeter (SOUDAN) oderRICH Cerenkov-Zahler

I Super-Kamiokande: 50 kt-Wasser-RICHI Zur Rekonstruktion: Zeit + Ort messen

0

+

π

e

γ

γ

P

Kanal τp(1030 years)

p→ invisible 0.21p→ e+π0 1600p→ µ+π0 473p→ νπ+ 25p→ νK+ 670p→ e+η0 312p→ µ+η0 126p→ e+ρ0 75p→ µ+ρ0 110p→ νρ+ 162p→ e+ω0 1000p→ µ+ω0 117p→ e+K0 150p→ µ+K0 1300p→ νK+ 2300p→ e+γ 670p→ µ+γ 478

Neue Experimente:HyperK (1 Mt), UNO (650 kt), Europaisches Projekt Frejus (1 Mt)

Prazision: 10 Jahre Laufzeit =⇒ 1034 − 1035 Jahre


Warum chirale Exotica? JRR/Kilian, PLB 642 (2006), 81, JRR 0709.4202

Beweis der Vereinigung nur mit Mega-Tonnen? Was ist mit Collidern?• SPA: Super-Prazision akkurat• Alternative: Suche nach chiralen Exotica• Physik jenseits des MSSM als Hebel zur GUT-Skala

µ-Problem• NMSSM-Trick• Singlett-Superfeld mit TeV-Skala Vakuumerwartungswert

Dublett-Triplett-Splitting-Problem, Langlebigkeit des Protons• Halte D,Dc Superfelder an der TeV-Skala• Neuer Mechanismus gegen Proton-Zerfall• Vereinigung muss anders sein

Proton-ZerfallI Flavour-Symmetrie kann das Proton schutzenI Diskrete Paritat diskriminiert LQ/DQ-Kopplungen


Exzeptionelle Lie-Gruppen/-Algebren Lie, 1881; Dynkin, 1957


E6 SUSY Grand UnificationSupersymmetrie: erlaubt konsistente Extrapolationzu hohen Skalen

⇒ zwei Higgs Dubletts Hu, Hd

⇒ SM-Superpartner an der TeV-Skala

Bottom-Up-Ansatz: nur MSSM0

10

20

30

40

50

60

102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018

MSSM

α i-1

U(1)

SU(2)

SU(3)

µ (GeV)I Vereinigt Higgs und MateriefelderI Ansatz: alle neuen Teilchen im Spektrum an der TeV-Skala

QL = (3,2) 16,Q′Q

uc = (3,1)− 23,Q′u

dc = (3,1) 13,Q′d

LL = (1,2)− 12,Q′L

νc = (1,1) 0,Q′ν=0

ec = (1,1) 1,Q′e

Hu = (1,2) 12,Q′Hu

Hd = (1,2)− 12,Q′Hd

S = (1,1) 0,Q′S6=0

D = (3,1)− 13, Q′

D

Dc = (3,1) 13,−Q′

D


Intermediare Pati-Salam-Symmetrie JRR et al. 2006-9, King et al. 2008

I Zusatzliche Teilchen zerstoren MSSM-VereinigungI Vereinigung unterhalb von ΛPlanck mit interdiarer

SU(4)×SU(2)L×SU(2)R[×U(1)χ] Pati-Salam-Symmetrie bei ∼ 1015−16GeV

102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018

Μ�GeV

10

20

30

40

50

60

HΑiL-1

SM´ UH1L' -> Pati-Salam´ UH1LΧ->EH6L

UH1L’

UH1LY

SU H2LL

SU H3LUH1LΧ

SU H4L

SU H2LL�R

I SU(2)R und SU(2)L:identischer Inhalt/Running

I Schneiden SU(4) derSU(2)L/R-Kopplungenbestimmt E6-Skala

I Lepton-Zahl: 4. FarbeI T 15

SU(4) ∝ B−L2

I Y = B−L2

+ T 3R

I U(1) Matching-Bedingung1g2Y

= 25

1g2B−L

+ 35

1g2R

I Integriere νc aus: (see-saw)

⇒ korrekte Brechung


U(1)-Mischung Braam/Knochel/JRR, JHEP 1006:013; King et al., 2009, JRR et al., 2010

• Zwei U(1)-Faktoren unterhalb der intermediaren Skala• Kinetische Mischung: nicht-rationale Koeffizienten (Eichkopplungen)

L = i gi Qai A

µiψaγµ ψ

a −1

4Fµνi

δij Fµν,j −1

4Fµνi

∆Zij Fµν,j .

• Effekte durch das Running:UH1LY

UH1L’

SUH3L

SUH2LL

UH1L2

UH1L1

UH1LΧ

UH1LB-L

102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018

10

20

30

40

50

60

Μ�GeV

1

Αi

UH1LY

UH1L’

SUH3L

SUH2LL

UH1L2

UH1L1

UH1LΧ�B-L

102 104 106 108 1010 1012 1014 1016

10

20

30

40

50

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Μ�GeV

1

Αi

UH1LY

UH1L’

SUH3L

SUH2LL

UH1L2

UH1L1

UH1LΧ�B-L

102 104 106 108 1010 1012 1014 1016

10

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Μ�GeV

1

Αi

UH1LY

UH1L’

SUH3L

SUH2LL

UH1L2

UH1L1

UH1LB-L�Χ

102 104 106 108 1010 1012 1014 1016

10

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Μ�GeV

1

Αi


Probleme und E6/Pati-Salam-Brechung JRR et al., 2010

• E6-Superpotential verschwindet identisch⇒ E6-Operatoren erzeugenPS-Superpotential Power-Unterdruckung: top-Yukawa ?

• diskrete Symmetrie, um Lepto- und Diquark-Kopplungen zudiskrimineren/H-Paritat verletzen GUT-Multiplett-Struktur

• starke Schranken durch Perturbativitat oberhalb ΛPS

• Schwierigkeiten, Darstellungen fur PS-Brechung zu findenI 27, 351, and 351′ brechen E6 zu Rang 5U(1)χ gebrochen, kein quartisches Singlett-Potential

I Keine Rang-Erniedrigung: adjungierte BrechungI Brechung durch 〈(27)(27)〉 oder 〈27〉〈27〉 27× 27 = 1 + 78 + 650

I 650 kleinste Darstellung fur E6 → GPS × U(1)

I Es ist moglich, Superpotential zu erzeugen, das die Brechung macht undLeptoquark-Kopplungen erlaubt


Probleme und E6/Pati-Salam-Brechung JRR et al., 2010

• E6-Superpotential verschwindet identisch⇒ E6-Operatoren erzeugenPS-Superpotential Power-Unterdruckung: top-Yukawa ?

• diskrete Symmetrie, um Lepto- und Diquark-Kopplungen zudiskrimineren/H-Paritat verletzen GUT-Multiplett-Struktur

• starke Schranken durch Perturbativitat oberhalb ΛPS

• Schwierigkeiten, Darstellungen fur PS-Brechung zu findenI 27, 351, and 351′ brechen E6 zu Rang 5U(1)χ gebrochen, kein quartisches Singlett-Potential

I Keine Rang-Erniedrigung: adjungierte BrechungI Brechung durch 〈(27)(27)〉 oder 〈27〉〈27〉 27× 27 = 1 + 78 + 650

I 650 kleinste Darstellung fur E6 → GPS × U(1)

I Es ist moglich, Superpotential zu erzeugen, das die Brechung macht undLeptoquark-Kopplungen erlaubt


Automatische Zerlegung von Irreps Mallot/JRR; Horst/JRR: CleGo, 2010

27

0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 01 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 01 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 01 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 00 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 00 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 00 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 00 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1

0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 1 1

0 1 1 0 0 0 1

1 1 0 0 0 0 1

1 0 0 0 0 0 1

1



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351′

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2 1 0 1 0 1 0 0 1 2 2 0 2 0 3 1 0 1 1 1 00 1 1 1 2 0 1 0 2 1 1 1 1 0 3 1 0 1 0 1 10 2 0 2 2 1 01 1 2 0 1 2 0 0 2 1 1 0 1 11 1 1 1 3 0 12 2 1 0 1 2 0 1 1 2 2 0 0 11 0 1 3 2 1 0 1 0 0 0 1 1 02 2 1 2 0 0 1 1 0 1 1 1 1 12 3 1 0 1 1 01 0 1 2 2 2 0 1 0 0 2 2 1 12 3 2 0 1 0 12 3 2 1 1 1 11 0 2 1 1 2 0 1 0 1 1 0 3 22 2 0 2 0 1 01 0 1 0 1 0 1 1 1 3 1 1 2 11 0 2 3 2 0 11 1 1 2 0 1 0 2 2 0 0 1 1 11 0 1 2 0 2 21 1 2 3 2 1 11 1 0 1 3 1 00 2 2 1 0 2 0 1 1 1 0 1 1 10 2 1 2 2 0 1 1 1 2 1 1 3 20 2 2 1 1 0 1 0 2 1 0 1 2 20 1 0 1 2 1 03 1 1 1 1 0 1 0 1 1 2 0 1 1 0 1 0 1 3 1 1 0 1 1 0 1 3 22 1 1 1 0 0 1

2 1 1 1 1 1 0 2 1 1 1 0 1 10 1 1 0 1 2 0 0 1 0 1 3 0 1 3 1 0 0 1 1 00 1 1 2 0 0 1 3 1 1 1 1 1 10 2 1 0 1 1 01 1 1 2 2 2 0 0 2 2 1 1 1 11 1 2 1 1 2 0 0 2 1 2 2 1 11 1 1 0 1 0 12 2 1 1 1 2 0 1 1 2 3 2 0 11 0 1 2 0 1 02 2 0 0 1 0 1 1 1 1 2 0 2 21 0 2 3 2 1 11 0 0 1 3 1 01 1 3 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 11 0 1 1 0 2 0 1 0 2 1 1 3 22 3 2 1 1 0 12 3 2 0 1 1 11 0 0 2 2 0 1 1 0 1 1 1 0 1 2 2 1 2 0 1 11 0 0 0 1 2 21 1 1 1 2 1 0 1 1 2 2 0 1 1 1 1 1 1 3 1 10 2 1 1 0 0 1 1 1 2 0 1 3 23 1 0 1 0 0 1 0 2 1 1 1 2 2 0 1 1 1 2 1 1

2 0 1 0 1 2 0 2 0 1 2 0 0 1 2 1 1 0 1 1 0 2 1 2 1 1 1 10 1 0 2 2 2 0 3 2 1 0 1 0 10 1 1 1 1 2 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 3 2 0 10 2 2 2 0 1 01 2 3 1 1 1 1 3 1 1 0 1 1 10 1 0 2 0 2 21 1 1 1 0 2 02 1 2 1 1 1 1 0 2 2 0 1 1 11 1 0 2 2 0 12 2 0 1 0 2 0 1 1 1 1 1 0 12 2 1 2 2 0 1 1 1 0 0 1 2 21 0 1 1 2 1 02 2 0 1 1 0 11 1 2 1 2 1 1 1 0 2 2 0 1 12 2 1 0 1 2 21 1 3 2 1 1 1 1 0 1 1 3 1 12 3 1 1 0 0 11 1 2 1 1 1 21 0 1 0 2 2 0 1 0 2 0 1 3 21 0 0 1 0 0 1 1 0 1 2 2 2 21 0 1 2 3 0 1 1 0 0 1 1 2 2 1 1 2 1 2 1 1 0 2 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 2

2 0 1 1 1 2 0 2 0 0 0 1 0 1 1 3 1 0 1 0 1 0 0 2 1 1 1 1 2 1 2 0 1 1 10 1 0 1 0 2 0 3 2 1 1 1 0 10 1 1 2 2 0 1 0 1 0 1 1 0 11 2 2 1 2 1 1 0 1 1 0 1 2 21 2 3 2 1 1 12 1 1 1 2 1 1 0 2 3 2 0 1 11 2 2 1 1 1 21 1 1 0 2 2 02 1 2 2 1 1 1 1 1 0 1 0 0 12 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 21 1 1 2 3 0 12 2 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 2 21 1 2 0 0 1 1 1 0 2 1 2 1 12 2 1 1 1 2 21 1 1 1 2 1 2 1 1 2 2 1 1 21 0 1 3 1 0 1 1 0 0 0 2 0 1 1 0 1 1 0 2 2

1 2 1 0 1 0 1 2 1 2 1 1 1 1 2 0 0 1 0 2 01 2 1 1 1 1 1 2 0 1 2 2 0 1 2 0 0 1 1 0 10 0 2 0 0 3 0 2 0 1 0 1 2 21 3 1 1 1 0 10 0 1 1 2 1 1 0 0 2 2 1 1 1 3 2 0 1 0 0 10 0 1 1 1 1 20 1 0 0 2 2 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 2 2 2 2 20 1 0 2 3 0 11 2 2 0 0 1 1 0 1 1 1 1 2 21 2 1 1 2 1 22 1 1 0 0 1 1 1 2 2 2 1 1 21 1 1 3 1 0 12 1 0 1 2 1 2 1 1 0 0 2 0 12 1 1 2 1 1 2 1 1 1 1 0 2 22 2 1 0 2 0 11 1 1 2 1 1 1 2 2 2 1 0 2 21 1 2 1 2 1 1 1 1 1 0 0 1 2 1 0 1 2 1 0 1 1 0 1 0 2 2 2

1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 0 12 1 1 1 2 1 1 2 1 2 2 1 1 11 2 0 1 2 1 1 2 1 1 1 1 1 21 2 1 2 1 1 1 2 0 1 1 0 0 11 2 0 1 1 1 2 1 3 2 1 0 0 1 2 0 1 1 1 2 20 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 2 1 2 0 0 1 2 1 1 20 1 2 3 1 0 1 0 1 1 0 2 0 11 2 1 2 1 1 1 0 1 2 1 0 2 21 2 2 1 2 1 12 1 0 2 1 1 1 1 2 1 0 0 1 22 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 0 12 1 0 0 0 1 2 1 1 1 0 2 2 21 1 1 1 1 1 1 1 1 0 2 1 1 2 1 1 1 1 2 1 2

1 1 0 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 0 1 1 1 2 1 2 2 1 0 0 1 2 1 1 0 0 1 1 2 1 0 1 2 1 21 2 0 0 0 1 1 2 1 1 2 1 1 21 2 1 1 2 1 20 1 3 1 0 2 1 2 0 1 0 2 0 11 2 0 2 1 1 20 1 2 0 2 0 2 2 0 2 1 0 2 20 0 0 2 1 1 1 0 0 1 1 2 1 1 0 0 0 0 0 1 2 0 1 2 2 1 0 1 1 2 1 1 1 1 12 0 2 1 0 0 2 0 1 2 0 2 2 21 2 0 2 1 1 22 1 0 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1 22 1 1 2 1 1 2 2 1 0 1 2 1 2 1 1 0 1 1 1 2

1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 1 0 2 1 1 21 1 2 1 0 2 1 2 1 0 2 1 1 11 1 1 0 2 0 2 2 1 1 1 2 1 11 2 1 2 1 1 1 2 1 0 0 0 1 21 2 0 1 2 1 10 1 2 1 1 2 1 1 2 1 0 0 1 2 0 1 2 1 0 0 2 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 2 1 1 2 0 0 0 1 2 1 2 0 0 1 0 0 3 32 0 1 1 1 0 2 1 2 0 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 2

1 0 2 1 0 2 1 1 0 1 0 2 0 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1 0 1 2 1 1 1 1 1 0 0 1 21 1 1 1 1 2 1 2 2 2 1 0 0 2 2 1 0 1 1 1 11 1 1 1 0 0 2 2 1 1 2 1 1 21 2 1 1 1 1 1 2 1 0 1 2 1 21 2 2 2 1 1 20 1 2 0 1 2 1 1 2 1 1 2 1 20 1 1 1 1 0 2 0 1 2 2 2 0 2 0 1 1 1 0 2 3 0 0 1 1 1 1 2 2 0 1 0 1 0 2

1 0 1 1 1 2 1 1 0 1 1 0 0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 1 1 1 1 2 1 22 2 1 1 1 0 21 1 1 0 1 2 1 1 1 0 1 1 0 2 1 1 1 2 2 0 2 2 1 1 1 1 1 21 1 0 1 0 2 3 1 2 2 1 1 1 2 0 1 1 0 1 0 2 0 1 0 1 1 2 3

0 2 0 1 0 0 2 1 0 1 0 1 2 1 1 0 0 1 1 0 2 1 0 1 2 2 0 2 1 0 0 1 0 2 31 0 2 0 1 1 2 1 1 2 1 1 1 2 2 2 1 0 1 0 2 1 1 0 0 1 0 2 1 1 1 1 1 2 3 0 1 0 2 0 0 2 0 1 0 0 1 2 3

0 2 1 1 1 0 2 1 1 2 0 1 1 2 1 0 0 0 1 0 2 1 0 1 1 1 2 3 1 0 2 1 1 1 2 1 0 1 0 1 1 3 1 1 1 2 0 0 2 1 1 1 0 1 2 3

0 1 1 0 1 1 2 0 2 1 0 1 0 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 0 1 1 3 1 0 1 2 0 0 2 1 0 1 0 1 2 31 0 1 1 0 1 2 1 0 1 1 1 1 3

0 1 1 1 1 1 2 0 1 0 0 1 1 3 1 1 1 1 0 1 2 1 1 1 1 1 1 3 1 0 0 1 0 1 3

0 1 0 1 0 1 2 0 1 0 1 1 1 3 1 1 0 1 0 1 3

0 1 1 1 0 1 3

0 0 1 0 0 0 3

1


Alternative: Orbifold-Brechung in Extra-Dimensionen








Alternative: Orbifold-Brechung Braam/Knochel/JRR, JHEP 1006:013

• 5D-Orbifolds nicht moglich:I entweder Dublett-Triplett-Splitting oder keine LQ PhanomenologieI oder kein Mechanismus gegen Proton-Zerfall⇒ 6D-Orbifolds

• Betrachte: R4 × (R2/Γ), Γ eine der 17 kristallographischen Gruppen

• Benutze Shifts des Wurzel-Gitters der Bulk-E6 und diskreteWilson-Linien auf den Tori

• E6 ⊃ SU(3)× SU(2)2 × U(1)2 Brechungen durch Z2, Z3, Z4.

• H-Paritat: mindestens ein Fix-Punkt, der Higgs/Materie unterscheidet

I Benutze Z3-Symmetrien: einfachste Beispiele

• mindestens ein Fix-Punkt (SU(3)3), der Lepto-/Diquarkkopplungentrennt

• SUSY erhalten durch nichttriviale Einbettung der SU(2) R-Symmetrie


E6 ⊃ H ⊃ SU(3)× SU(2)2 × U(1)2 Brechungen durch Z2, Z3, Z4.Z2 SubgroupH Shift 2V

SO(10) × U(1)χ (1, 1, 0, 1, 1, 0)

SU(6) × SU(2)R (0, 0, 1, 0, 0, 0)

SU(6) × SU(2)L (1, 1, 1, 1, 1, 0)

Z3 SubgroupH Shift 3VSU(3)C × SU(3)L × SU(3)R (0, 0, 1,−1, 0, 0)

Z4 SubgroupH Shift 4VSU(3)C × SU(3)L × SU(2)R × U(1) (0, 0, 1, 2, 0, 0)

SU(3)C × SU(3)R × SU(2)L × U(1) (−1, 1, 1, 1, 1, 0)

I nichttriviale (Hi * Hj) gemeinsame invariante Untergruppen Hi ∩Hj

unter zwei kombinierten ShiftsZ2 × Z2 SU(4)C × SU(2)L × SU(2)R × U(1)χZ2 × Z3 SU(3)C × SU(2)L × SU(2)R × U(1)B−L × U(1)χ

SU(3)C × SU(3)L × SU(2)R × U(1)

SU(3)C × SU(3)R × SU(2)L × U(1)

Z2 × Z4 SU(4)C × SU(2)L × SU(2)R × U(1)χSU(3)C × SU(2)L × SU(2)R × U(1)B−L × U(1)χ

Z3 × Z4 SU(3)C × SU(3)L × SU(2)R × U(1)

SU(3)C × SU(3)R × SU(2)L × U(1)

Z4 × Z4 SU(3)C × SU(2)L × SU(2)R × U(1)B−L × U(1)χ

I Benutze den Trinification-Fixpunkt SU(3)3, umLepto-/Diquark-Kopplungen zu unterscheiden:

273 → (3,1,3)3 + (1,3,3)3 + (1,3,3)3 + (3,1,3)(1,3,3)(1,3,3)


Model Building⇒ Phanomenologie


Scan des Parameter-Raums Braam/JRR/Wiesler, 0909.3081; JRR et al., 2010

I # freie Parameter ∼ O(100), zusatzliche Annahmen:- Einheitliche Soft-Breaking-Terme - Flavour-Struktur⇒ Beschrankung auf 14 Parameter

I Einschrankungen (mehr gleich):

(1) Experimentelle Suchlimits an neue Teilchen(2) Laufende Kopplungen perturbativ bis ΛE6

(3) Skalare (nicht-Higgs) Massenterme bleiben positiv(⇔ Keine falsche Symmetriebrechung)

I 14-dim. Parameterraum

⇒ Grid-Scan: → 1028 PunkteI Untersuchung pro Punkt (RGE,

Higgs-Potential-Minimierung,Berechnung der Massen) ∼ 5 s

Lsg.: Monte-Carlo Markov-Kette durch denParameter-Raum

⇒ Effektive Suche fur relevanteParameter-Tupel

10

20

30

40

50

tanΒ

0.2

0.4

0.6

0.8

1

YSD

0

1

Güte


Generische Eigenschaften der Spektren

t�_1 ___

t�_2 ___

u�_1 ___

u�_2 ___

b�_1 ___

b�_2 ___

d�_1 ___

d�_2 ___

Τ�_1 ___

Τ�_2 ___

e�_1 ___

e�_2 ___

Χ� 0

_1 ___Χ� 0

_2 ___

Χ� 0

_4�3 ______

Χ� 0

_5 ___

Χ� 0

_6 ___

Χ� +

_1 ___

Χ� +

_2 ___

Z' ___

D_1 ___

D_2 ___

D�

___D�

___D�

___

H'_123 _________

______H'_7654 ______H'_8�9 ___

h0_1 ___

h0_3�2 ______

______

A0 ___

g�

___

0

500

1000

1500

2000

mass @GeVD

• Verschwindende 1-Loop QCD β-Funktion⇒ Gluino• Higgs und Neutralino-Sektor verschieden durch Beimischung des

Singlett-Superfeldes• leichtes Z ′

• Higgs-Sektor mit Flavour: Unhiggses, Unhiggsinos• Leptoquarks/Leptoquarkinos


Neue Teilchen am Large Hadron Collider

LHC @ CERN: ab Marz 2010 7 TeV

pp-Collider√s = 14 TeV


Die Herausforderung des LHC

Partonische Subprozesse: qq, qg, ggKeine feste partonische Energie

QCD

QCD

WW

0.1 1 1010

-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

σjet(E

T

jet > √s/4)

LHCTevatron

σt

σHiggs(M

H = 500 GeV)

σZ

σjet(E

T

jet > 100 GeV)

σHiggs(M

H = 150 GeV)

σW

σjet(E

T

jet > √s/20)

σb

σtot

proton - (anti)proton cross sections

σ (

nb)

√s (TeV)

even

ts/s

ec f

or L

= 1

033 c

m-2 s

-1

R = σL L = 1034 cm−1s−1

Hohe Raten fur t, W/Z, H,⇒große Untergrunde

p pWWJete−

η

pT


Die Herausforderung des LHC

Partonische Subprozesse: qq, qg, ggKeine feste partonische Energie

0.1 1 1010

-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

σjet(E

T

jet > √s/4)

LHCTevatron

σt

σHiggs(M

H = 500 GeV)

σZ

σjet(E

T

jet > 100 GeV)

σHiggs(M

H = 150 GeV)

σW

σjet(E

T

jet > √s/20)

σb

σtot

proton - (anti)proton cross sections

σ (

nb)

√s (TeV)

even

ts/s

ec f

or L

= 1

033 c

m-2 s

-1

R = σL L = 1034 cm−1s−1

Hohe Raten fur t, W/Z, H,⇒große Untergrunde

WWη = −5

η = 0

η = +5

entralforward


Suche & Modell-DiskriminierungZerfallsprodukte schwerer Teilchen:

I high-pT Jets, viele harte Leptonen

Produktion farbiger Teilchenschwach ww. Teilchen nur in ZerfallenDunkle Materie⇔ diskrete Paritat (R, T ,KK)

evt/10 GeV∫ L = 100 fb−1

100

1000

104

105

0 100 200 300 400 500

pT (b/b) [GeV]

I nur Paare neuer Teilchen ⇒ hohe Energien, lange ZerfallskettenI Dunkle Materie ⇒ große fehlende Energie im Detektor (/ET )

Unterschiedliche Modelle/Zerfallsketten — gleiche Signaturen• Masse neuer Teilchen: Endpunkte von Zerfallsspektren

0

500

1000

1500

0 20 40 60 80 100 m(ll) (GeV)

Even

ts/1

GeV

/100

fb-1

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

SUSYUEDPS

cos θ*

dp / d

(cos θ

* ) / 0.

05

• Spin neuer Teilchen: Winkelverteilungen, Asymmetrien, . . .

• Modellbestimmung: Messung von Kopplungskonstanten





q ℓ

qℓ

q

qLℓR

ℓ

qqR

ℓ

ℓR χ01

χ01



0

500

1000

1500

0 20 40 60 80 100 m(ll) (GeV)

Even

ts/1

GeV

/100

fb-1

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

SUSYUEDPS

cos θ*

dp / d

(cos θ

* ) / 0.

05









0

500

1000

1500

0 20 40 60 80 100 m(ll) (GeV)

Even

ts/1

GeV

/100

fb-1

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

SUSYUEDPS

cos θ*

dp / d

(cos θ

* ) / 0.

05




WHIZARD Kilian/Ohl/JRR: Edinburgh/Freiburg/Siegen/Wurzburg, hep-ph/0102195, 0708.4233

I Vielzweck-Ereignisgenerator fur Collider- und Astroteilchenphysik

I Fokus: LHC, ILC, CLIC, SM, QCD, BSMMODELLTYP mit CKM-Matrix triviale CKM

QED mit e, µ, τ, γ – QED

QCD mit d, u, s, c, b, t, g – QCD

Standard-Modell SM CKM SM

SM mit anomalen Kopplungen SM ac CKM SM ac

SM mit anomalen Top-Kopplungen — SM top

SM mit K-Matrix — SM KM

MSSM MSSM CKM MSSM

MSSM mit Gravitinos — MSSM Grav

NMSSM NMSSM CKM NMSSM

erweiterte SUSY-Modelle — PSSSM

Littlest Higgs — Littlest

Littlest Higgs mit ungeeichterU(1) — Littlest Eta

Littlest Higgs mit T -Paritat — Littlest Tpar

Simplest Little Higgs (anomaliefrei) — Simplest

Simplest Little Higgs (universal) — Simplest univ

UED — UED

3-Site Higgsless Model — Threeshl

Noncommutative SM (inoff.) — NCSM

SM mitZ′ — Zprime

SM mit Gravitino und Photino — GravTest

Augmentable SM template — Template

leicht, neueModelle zu implementieren

I Interface zu FeynRules Christensen/Duhr/Fuks/JRR/Speckner, 1010.3215

I Paradebeispiel: LHC-Phano von HEIDI-Modellen Fuks/JRR/Speckner/van der Bij


Vorhersagen von E6 GUTs fur LHC Braam/JRR/Wiesler, 0909.3081

I Simulationen fur das E6-Modell mit WHIZARD

1DYukawa Coupling Y

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

X→ L

Bra

nch

ing

Rat

io D

-310

-210

-110

1

LDecays of D

+ u- e→ LD

D~

+ 1

0χ∼ → LD

Le~ + Lu~ → LD

ν∼ + Ld~ → LD

Re~ + Lu~ → LD

I Implementierung des Leptoquark/Leptoquarkino +Higgs/schwacher ino Sektor

I Analysen: BRs, Wirkungsquerschnitte furskalare Leptoquarks, S/B

I Leptoquarkino-Phanomenologie

[GeV]LQ

Leptoquarkmass M500 1000 1500 2000 2500 3000

[fb

]σ

Cro

ssS

ecti

on

-810

-710

-610

-510

-410

-310

-210

-110

1

10

210PairProduction

*L + DL D→q + q *

L + DL D→g + g *

L + DL D→p + p

[GeV]LQ

Leptoquark mass M500 1000 1500 2000 2500 3000

[fb

]σ

Cro

ss s

ecti

on

-510

-410

-310

-210

-110

1

10

Leptoquark Single Production

L + D+ e→u + g

R + D- e→u + g

R + Dν →d + g

Schnitte Untergrund mD = 0.6 TeV mD = 0.8 TeV mD = 1.0 TeVpT M`` NBG N1 S1/

√B N2 S2/

√B N3 S3/

√B

50 10 413274 64553 93 14823 23 4819 7100 150 3272 40749 194 10891 92 3767 45200 150 198 12986 113 5678 74 2405 47


Vorhersagen von E6 GUTs fur LHC Braam/JRR/Wiesler, 0909.3081

I Simulationen fur das E6-Modell mit WHIZARD

1DYukawa Coupling Y

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

X→

RB

ran

chin

g R

atio

D

-310

-210

-110

1

RDecays of D

+ dν → RD

+ u- e→ RD

D~

+ 1

0χ∼ → RD

Le~ + Ru~ → RD

Re~ + Ru~ → RD

I Implementierung des Leptoquark/Leptoquarkino +Higgs/schwacher ino Sektor

I Analysen: BRs, Wirkungsquerschnitte furskalare Leptoquarks, S/B

I Leptoquarkino-Phanomenologie

[GeV]LQ

Leptoquarkmass M500 1000 1500 2000 2500 3000

[fb

]σ

Cro

ssS

ecti

on

-810

-710

-610

-510

-410

-310

-210

-110

1

10

210PairProduction

*L + DL D→q + q *

L + DL D→g + g *

L + DL D→p + p

[GeV]LQ

Leptoquark mass M500 1000 1500 2000 2500 3000

[fb

]σ

Cro

ss s

ecti

on

-510

-410

-310

-210

-110

1

10

Leptoquark Single Production

L + D+ e→u + g

R + D- e→u + g

R + Dν →d + g

Schnitte Untergrund mD = 0.6 TeV mD = 0.8 TeV mD = 1.0 TeVpT M`` NBG N1 S1/

√B N2 S2/

√B N3 S3/

√B

50 10 413274 64553 93 14823 23 4819 7100 150 3272 40749 194 10891 92 3767 45200 150 198 12986 113 5678 74 2405 47


Braam/JRR/Wiesler, 0909.3081; Braam/Horst/Knochel/JRR/Wiesler , 2010/11

h3Entries 100Mean 228.3RMS 150.2

[GeV]ljM0 200 400 600 800 1000 1200 1400

# E

ven

ts/b

in

210

310

410

510h3

Entries 100Mean 228.3RMS 150.2

Signal + Background for:

+µ-µ u→ +µL/RD

+τ-τ u→ +τL/RD

Invariant mass of lepton and jet


[GeV]ljM0 200 400 600 800 1000 1200 1400

# E

ven

ts/b

in

1

10

210

310


Signal + Background for:

+µ-µ u→ +µL/RD

+τ-τ u→ +τL/RD

Invariant mass of lepton and jet


[GeV]T

p0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

# E

ven

ts/b

in

1

10

210

310

410

510 h3Entries 100Mean 60.16RMS 44.28

Processes:

j-µ+µSM Background:

SM Background after cuts (1)

j-µ+µ → L/R D+µSignal:

Signal after cuts(1)

distribution of the leptonT

p

hbgEntries 100Mean 65.04RMS 40.13

[GeV]T

p0 200 400 600 800 1000 1200 1400

# E

ven

ts/b

in

10

210

310

410

510

hbgEntries 100Mean 65.04RMS 40.13

+e-ue→+De→Process pp

= 600Dm

= 800Dm

= 1000Dm

= 1200Dm

= 1500Dm

jγSM Bg: Zj/

=0.31λD-l-q coupl.

cuts:|<3.5η|>50

Tp

R(ll) < 6∆0.5 <

distribution of the leptonT

p


Massenkanten bei Leptoquarkinos JRR/Wiesler, 1010.4215

I Eigenschaften der Leptoquarkinos:

DLeptoquarkino mass M

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

X→

D~B

ran

ch

ing

Ra

tio

-210

-110

Leptoquarkino Branching Fraction

D~

Decays of

+ uL

e~ → D

~

+ uR

e~ → D

~

- + e

Lu~ → D

~

- + e

Ru~ → D

~

eν + L

d~ → D

~

+ d L

ν∼ → D

~

[GeV]D

Leptoquarkino mass M500 1000 1500 2000 2500

[fb

]σ

cro

ss

se

cti

on

-410

-310

-210

-110

1

10

210

310

410

510

610

Leptoquarkino production channels

→pp

D~

D~

L

*e~D

~

R

*e~D

~

Le~D

~

Re~D

~

I Identische exklusive Endzustande

qL

q∗L

q

l± l∓

χ01

χ01

l± l∓q

χ02

χ02 l∓R

l∓RD

¯D

q

l±

l∓

χ01

χ01

l−q

l−R

l+L χ02 l∓R

l+


Massenkanten bei Leptoquarkinos JRR/Wiesler, 1010.4215

I Massenkanten deutlicher aufgrund fehlender Spinkorrelationmql,high = max{mql+ ,mql−} mql,low = min{mql+ ,mql−}


[GeV]ql

m0 100 200 300 400 500 600 700 800

# E

ve

nts

/ B

in

0

100

200

300

400

500

600


SPS1aql, highm

LQinosql, highm

Invariant Mass Distribution of (q,l)


[GeV]ql

m0 100 200 300 400 500 600 700 800

# E

ve

nts

/ B

in

0

100

200

300

400

500

600


SPS1aql, lowm

LQinosql, lowm

Invariant Mass Distribution of (q,l)

I Kombinatorische Untergrunde, kombiniere weichsten Jet undhartestes Lepton: m∗ql = m(minE{q1, q2},maxE {l+, l−})

h1Entries 100Mean 236.2RMS 105

[GeV]ql

m0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

# E

ven

ts / B

in

0

100

200

300

400

500

600

700

800

h1Entries 100Mean 236.2RMS 105

*

qlm

SPS1a = 400 GeVDm

= 600 GeVDm = 800 GeVDm

= 1000 GeVDm

Invariant Mass Distribution

I Neue Massenvariable zur Subtraktion komb. Untergrunde JRR/Wiesler


Proton-Zerfall im PSSSM Mallot/JRR, 2010

• Superpotential (und weiche Brechung) induzieren keinenProton-Zerfall

• Untersuche Austausch von E6 Eichbosonen/Gauginos

• Rechenschritte von ”oben nach unten”:1. Gruppentheoretische Gewichte aus Clebsch-Gordan-Zerlegung

Horst/Mallot/JRR, 2009

2. Berechnung der Proton-Zerfall-Wilson-Koeffizienten bei ΛGUT

3. Short-distance (SUSY) Renormierungsgruppenfaktor4. Matching auf SM Dimension-6 Fermi-Operatoren5. Long-distance (SM/QCD) Renormierungsgruppenfaktor6. Matching auf mesonische/baryonische Operatoren (analog zu chiraler

Storungstheorie)7. Berechnung des Baryon-Zerfallsmatrixelementes und der Breite

• Ergibt sehr konservative Abschatzung:

1/Γtot(p→ X) ≈ 1040 − 1046 Jahre


Zusammenfassung SUSY GUTs

– Grand Unified Theories mit intermediarer Brechung

– Gangbare Wege: E6 → SU(3/4)× SU(2)L × SU(2)R × U(1)2

– Mogliche Brechungsszenarien: Higgs vs. Orbifold-Randbedingungen

– Proton-Zerfall ausserhalb experimenteller Reichweite

– Direkte Hinweise durch chirale Exotica am LHC

– Interessante, aber verquickte Phanomenologie am LHC

– Einbettung in heterotische Stringtheorie Knochel/Ratz/JRR/Vaudrevange

– Flavour spielt wichtige Rolle: kontinuierliche vs. diskrete Symmetrien

– Offene Fragen: Flavour, Dunkle Materie,SUSY-Brechungsmechanismus


Ausblick pedo mellon a minno.

• LHC: neues Zeitalter der Physik bricht an

• Neue Teilchen, neue Symmetrien, neue Wechselwirkungen, DunkleMaterie

• Model Building, Phanomenologie, Tools

• Spannende Zeiten!

”Though this be madness, yet there is method in ’t.”. -

(Hamlet, Act II, Scene II).







”Though this be madness, yet there is method in ’t.”. -

(Hamlet, Act II, Scene II).







”Though this be madness, yet there is method in ’t.”. -(Hamlet, Act II, Scene II).



Fermionen (Materie-Superfelder)

Einzig moglicher Weg, Materie zu kombinieren:

5 = :

dc

dc

dc

`

−ν`

10 = :1√2

0 uc −uc −u −d−uc 0 uc −u −duc −uc 0 −u −du u u 0 −ecd d d ec 0

5 = (3,1) 23⊕ (1,2)−1 10 = (3,2) 1

3⊕ (3,1)− 4

3⊕ (1,1)2

BemerkungenI Quarks und Leptonen im selben Multiplett

I Rationale Ladungen von der Spurfreiheits-Bedingung (Farbe!)

I 5 und 10 haben gleiche und entgegengesetzte Anomalien

I νc muss ein SU(5)-Singlett sein

Auf den Spuren Exzeptioneller 'Grand Unification' am …reuter/downloads/2010_siegen.pdf2/31J. R. Reuter Auf den Spuren Exzeptioneller ”Grand Uniﬁcation” am LHC Siegen, 22.10.2010

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