Explorer la physique au delà du Modèle St andar d à t raver s la combinaison des recherches direct es et indirect e de mat ière noire, des indices cosmologiques, et des ét udes de nouvelle physique au LHC. - Le Modèle St andar d - La mat ière noire - Le LHC - Au delà du Modèle St andar d - Not re pr oj et Sophie Henr ot - Ver sillé, Laborat oire de l’Accélérat eur Linéaire, Or say
25
Embed
Explorer la physique au delà du Modèle Standard à travers ... · 1311.2006 ATLAS -CONF 2016069 Mth 5.2 TeV Mth 8.7 TeV th 8.2 TeV n = 6, M D = 3 TeV, rot BH 1606.02265 n = 15126,
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Explorer la physique au delà du Modèle Standard à t ravers la combinaison des recherches directes et indirecte de mat ière noire, des indices cosmologiques, et des ét udes de nouvelle
physique au LHC.
- Le Modèle Standard - La mat ière noire - Le LHC - Au delà du Modèle Standard - Not re proj et
Sophie Henrot-Versillé, Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire, Orsay
Le Modèle Standard
➢ Bosons de j auges: Responsables des interact ions for tes, faibles et elect romagnet iques
➢ Boson de Higgs Responsable de la br isure de symmet r ie elect rofaible, donne sa masse aux part icules
Descr ipt ion du monde sub- atomique
MAI S: pas de neut r inos massif s, pas de candidat à la mat ière noire, ….
La mat ière noire
Des obser vat ions ast rophysiques qui nécessitent la présence d’une nouvelle composante de la mat ière pour être expliquées, par exemple:
1933 : Fr it z Zwicky (1898-1974) mesure la dist r ibut ion des vitesses des galaxies de l 'amas de Coma, et t rouve des vitesses excessivement élevées
1970: Vera Rubin ent reprend d'ét udier la rotat ion des galaxies spirales et ar r ive à la même conclusion
2015: Le satellite Planck => mesure les anisot ropies de températ ure du fond dif fus cosmologique => une précision j amais at teinte dans la déter minat ion du modèle standard de la cosmologie (ΛCDM)
2015
Cosmologie
Préjudice: un candidat Mat ière Noire WI MP Dans ce qui suit : Not re candidat Mat ière Noire préféré est une part icule, doit être en accord avec les obser vat ions cosmologiques (densit é relique): noir, stable, f roid, en interact ion faible avec les part icules du Modèle Standard, et une masse max de quelques TeV • c’est ce qu’on appelle un WI MP (Weakly I nteract ing Massive Part icle)
Les recherches directes de Mat ière Noire
De nombreuses expériences ➢ Dif férentes techniques de détect ion ➢ Visent dif férentes fenètres en masse
Résultat s sous for me de limite Sect ion efficace WI MP/nucléon en fonct ion de la Masse du candidat Mat ière Noire
FERMI et le GCE
Depuis 2009 FERMI a obser vé un excès de photons γ- ray dans un bin d’énergie autour de 3-4 GeV dans le cent re galact ique [Hooper et al., Calore et al.]
Compat ible avec un candidat Mat ière Noire de masse ent re 30 et 70GeV qui s’annihile via un pseudoscalaire en bb
Le LHC et les recherches de nouvelle physique ?
Le LHC: Large Hadron Collider ➢ Accélérateur protons- protons ➢ @ CERN/ f ront ière Franco- Suisse ➢ 13TeV dans le cent re de masse en
2016 ➢ 4 détecteurs de t rès grande taille:
ATLAS, CMS, LHCb, ALI CE ➢ En 2012, ATLAS et CMS ont
*Only a selection of the available mass limits on new states or phenomena is shown. Lower bounds are specified only when explicitly not excluded. †Small-radius (large-radius) jets are denoted by the letter j (J).
Le LHC et les recherches de nouvelle physique ?
Model e, µ, τ, γ Jets E miss −1
T L dt[fb ] Mass limit
Incl
usiv
e S
earc
hes
3rd g
en.
dire
ct p
rodu
ctio
n
g m
ed.
3rd g
en. s
quar
ks
EW
di
rect
Lo
ng-li
ved
parti
cles
R
PV
Other Scalar charm, c
1507.05525 ATLAS-CONF-2016-078 qq, q→ q χ 0
1 0 2-6 jets Yes mono-jet 1-3 jets Yes
0 2-6 jets Yes 0 2-6 jets Yes
3 e, µ 4 jets - 2 e, µ (SS) 0-3 jets Yes
Yes Yes Yes Yes Yes Yes
m(χ0 )<200 GeV, m(1st gen. q)=m(2nd gen. q) 1 1.35 TeV
qq, q→ q χ 0 1 (compressed) m(q)-m( 1
χ0 )<5 GeV 1604.07773
ATLAS-CONF-2016-078 ATLAS-CONF-2016-078
608 GeV q
˜ , → qq gg g χ 0 1 1.86 TeV m( )=0 GeV χ 0
1 g
gg, g→ qq → χ ± 1 qqW± χ
0 1
m(χ0 )<400 GeV, m(χ± )=0.5(m(χ0 )+m(g )) 1 1 1.83 TeV g
gg, g→ qq(ℓ ℓ /νν) χ 0 1
m(χ0 )<400 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-037 1.7 TeV g
gg, g→ qqWZ χ 0 1 m( ) <500 GeV χ 0
1 ATLAS-CONF-2016-037 1.6 TeV g GMSB (ℓ NLSP) 1-2 τ + 0-1 ℓ 0-2 jets 1607.05979
1606.09150 1507.05493
ATLAS-CONF-2016-066 1503.03290 1502.01518
2.0 TeV g GGM (bino NLSP) 2 γ
γ γ 2 e, µ (Z)
0
- 1 b
2 jets 2 jets
mono-jet
cτ (NLSP)<0.1 mm 1.65 TeV g GGM (higgsino-bino NLSP) m(χ0 )<950 GeV, cτ (NLSP)<0.1 mm, µ<0
1 1.37 TeV g GGM (higgsino-bino NLSP) m(χ0 )>680 GeV, cτ (NLSP)<0.1 mm, µ>0
1 1.8 TeV g GGM (higgsino NLSP) m(NLSP)>430 GeV 900 GeV g
˜ ˜ χ b b , b → 1 1 1 1 b 0 0 ˜ ˜ b b , b → 1 1 1 1 t χ ± 2 e, µ (S t t , t → 1 1 1 1 b χ ± 0-2 e, µ t1 t1 , t1→ Wb 1 or t 1 χ 0 χ 0 0-2 e, µ t t , t → c 1 1 1 1 χ 0 0
2 e, µ ( 3 e, µ (
t1 t1 (natural GMSB) t2 t2 , t2→ t1 + Z t2 t2 , t2→ t1 + h 1 e, µ ℓ L,R ℓ L,R , ℓ ℓ χ 0
*Only a selection of the available mass limits on new
On explore t ous les modes de désint égrat ions possibles pour: 1/ rechercher de nouvelles par t icules qui pour raient être produites à ces énergies j amais explorées 2/ rechercher plus précisement un candidat Mat ière Noire.
V 1607.05979
cτ(NLSP)<0.1 mm 1606.09150 m(χ0 )<950 GeV, cτ(NLSP)<0.1 mm, µ<0
1 1507.05493
Au delà du Modèle Standard Une extension nat urelle du Modèle Standard est la SuperSymmét r ie (SUSY)
SUSY est une symmét r ie qui connecte les bosons et les fer mions Chaque part icule du Modèle Standard a un partenaire SUSY,
* avec un spin dif férent d’une ½ unit é * et une valeurs dif férente de R- par it y R=(-1)3(B-L)+2S
Le Neut ralino le plus léger est le candidat Mat ière Noire idéal !
En fonct ion du contenu de l’extension il y a de mult iples modèles SUSY
mSUGRA/ CMSSM
MSSM
NMSSM Adap
ted
from
Rizz
o
Au delà du Modèle Standard
“Les plus simples” : Minimales extensions au Modèle Standard
Le NMS S M est encore peu exploré, il per met de concilier les résultat s du GCE par Fer mi et toutes les mesures act uelles
free parameters (Hu) _ ( Hd ) , µeff = À(S), À, K , A\ , Ai< , ta n fJ
M1, M2 , M 3, m ;, mt; , m ., mj_, m ; , At , Ab, AT I I
semi-const rained Z3-invariant NMSSM
Higgs superpotenti a l
H iggs sector
(H , H , 5) ---+ ( Hf , Hg, Hg)
Ss ( H , H , 5) ---+ (A1, A2 )
Neutra lino sector
free parameters
_ (Hu) _ = .À (5), M1;2 , mo , Ao .À, K , A>., A"' , ta n /3 = (Hd ) , µeff
Mat iére Noire et SUSY *Ear ly Universe: all part icules are in t her mal equilibr ium. *The Universe cools down and expands: interact ion rate too small for equilibr ium *As t he densit y decreases t he annihilat ion rate becomes small compared t o t he expansion: th is is t he LSP (Lightest supersymmet r ic part icle) f reeze out.
H: t he Hubble expansion rate
t her mally averaged annihilat ion cross-sect ion
number densit y in t her mal equilibr ium
product ion processes
The number densit y of DM part icle is given by:
Dilut ion f rom expansion
Annihilat ion processes
∧cdmh2≈1. / <σv>
➢ Complexit é des modèles t héor iques ➢ Complexit é de l’analyses des données ➢ Maît r ise des aspect s combinaison de données et fit s mult i paramètres
Nécessit é de rassembler des t héor iciens et des expérimentateurs => 5 laboratoires du CNRS: - L2C (Mont pellier): Jean- Loic Kneur et Gilber t Moultaka [a]
- LUPM (Mont pellier): Cyr il Hugonie [a] - LPC (Cler mont Fer rand): Ana Texeira [a] - LPT (Orsay): Ulr ich Ellwanger [a]
- LAL (Orsay): Laurent Duflot, Sophie Henrot-Versillé, Dirk Zerwas [c] [a] t héor iciens [c] expérimentateurs
Not re Proj et BSMLHCCosmo
+Xenon100 + Higgs Couplings
Which to ol for which computat ion: Light Higgs mass Higgs BR Cold DM densit y
The input measurement s => m(Higgs), and ∧cdm are t he most const raining
∧cdm [ Planck vs. Wmap]
m(higgs)
Cont raindre SUSY: comment ?
4000
M1 [GeV]
0 1000 2000 3000
M2
[GeV
]
0
2000
1500
1000
500
4000
3500
3000
2500
0.022
0.02
0.018
0.016
0.014
0.012
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
0 4000
M1 [GeV]
0 1000 2000 3000 µ
[GeV
] -2000
0
-500
-1000
-1500
2000
1500
1000
500
0.022
0.02
0.018
0.016
0.014
0.012
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
0
Bino-Higgsino region for |M1|≈|µ| and µ<0 [neut ralino ≈50% Bino/ 50% Higgsino ] An example : m(χ~0 )=768GeV Chargino/ Neut ralino co- annihilat ion 1
Large Higgsino Region split t ed into µ≈±1.2TeV Chargino/ Neut ralino annihilat ion dominates Example : m(χ0 )=1TeV 1
Exemple: le MSSM
=> Difficile de t rouver une zone compat ible avec le GCE et non deja exclue par le LHC
Nombre de paramètres à cont raindre: 14
SHV et al. Phys. Rev. D 89, 055017 (2014)
le GCE et le NMSSM A BuNer et al. arXiv:1507.02288
• Dans le NMSSM on peut t rouver des candidat s mat ière noire compat ibles avec toutes les mesures act uelles (ast rophysiques, cosmologiques, m(Higgs) et couplages, physique du B, …
• NMSSM+GCE établit un lien ent re la mat ière noire et le rapport d’embranchement du Higgs en part icules de mat ière noire (non présent dans le MSSM)
The galact ic center excess [black points] - > neut ralino mass > 30GeV - > GCE fu lfilled for
mA1 < 2m(neut ralino)
Vers des signat ures du NMSSM @LHC
Act uellement : ét udes pour définir quels t ypes de signat ures pour raient per met t re de met t re en évidence le NMSSM au LHC
• Est imat ion des dif férent s bruit s de fond et de la faisabilit é de telles analyses
• … en cours
J. Knolle
Conclusion
Une for te synergie ent re t héor iciens et expérimentateurs est nécessaire dans ce domaine d’act ivit é Le NMSSM est un modèle SUSY dont l’ét ude est promet teuse pour expliquer toutes les mesures act uelles (ast ro, cosmo, physique des part icules au sens large) De nombreux acteurs dans ce domaine sont au CNRS, et t ravaillent/ publient ensemble Grace à Inphynit i: Organisat ion d’un workshop internat ional pour per met t re de faire f r uct ifier ce champ de recherche et définir de nouvelles voies d’explorat ion pour (in?)valider ce modèle avec les données à venir les 21 et 22 novembre prochain: hNps://indico.in2p3.fr/event/13682/overview
Backups
The neut ralino as LSP I n t he following we will assume t he lightest neut ralino t o be t he LSP. With R par ity conser vat ion: t he LSP is stable. The neut ralinos are linear combinat ions of t he neut ral Higgsinos and EW gauginos. The neut ralino mass mat r ix in t he gauge eigenstates basis (~B, W~ 0, ~H1, ~H2):
Bino LSP Light ~χ0
1
LSP wit h strong Higgsino component
Higgs funnel mH≈2m( χ~0 ) 1
Co- annihilat ion m(~τ)≈m(LSP)
Some cont r ibut ions t o t he annihilat ion/ co- annihilat ion cross sect ion: