Sökandet efter ny fysik vid partikelacceleratorn Large Hadron Collider efter upptäckten av en higgs-lik partikel

Forskningsprojekt, 2013 – 2016

Sökandet efter ny fysik vid partikelacceleratorn Large Hadron Collider Den 4 Juli 2012 tillkännagav forskarna vid CERN utanför Genève att man med partikelacceleratorn Large Hadron Collider (LHC) hade observerat en ny partikel vars egenskaper verkar stämma överens med egenskaperna hos en så kallad higgspartikel. Existensen av en higgspartikel har sedan länge förutspåtts av vad vi kallar standardmodellen för elementarpartikelfysik som är den bäst testade och mest framgångsrika teori vi har för att beskriva naturens lagar och beståndsdelar på den mest grundläggande nivån. Standardmodellen beskriver hur elementarpartiklar som kvarkar och elektroner växelverkar via den elektromagnetiska, svaga och starka kraften. Två av kvarkarna, upp-kvarken och ner-kvarken, bygger upp protoner och neutroner som tillsammans med elektroner bygger upp atomer och molekyler. Men utan en higgspartikel är standardmodellen matematiskt inkonsistent och bryter samman vid energier där LHC verkar. Dessutom skulle frånvaron av en higgspartikel vid dessa energier falsifiera den mekanism som standardmodellen använder för att ge massa till exempelvis elektronen, och utan en elektronmassa skulle inte atomer och molekyler kunna existera. Även om standardmodellen har varit oerhört framgångsrik med att förklara experimentella resultat de senaste fyrtio åren så finns det flera skäl att tro att det finns en mer omfattande teori som bygger på andra, eller ytterligare, grundläggande principer och som innehåller fler partiklar. Standardmodellen ger exempelvis ingen förklaring till vad universums mörka materia består av. Dessutom måste standardmodellens parametrar finjusteras med en noggrannhet som saknar motstycke för att man ska erhålla den massa som uppmätts för den nyfunna Higgs-lika partikeln, såvida det inte existerar någon ny fysik bortom standardmodellen vid energier relevanta för LHC. En del av mitt forskningsprojekt syftar till att leta efter möjliga avvikelser från de egenskaper hos den nyfunna partikeln som standardmodellen förutspår. Tillvägagångssättet kommer att innefatta nära växelverkan mellan teori och experiment. Målet med projektet är att erhålla en ökad förståelse om huruvida den nyfunna partikeln är just den higgspartikel som standardmodellen förutspår eller om den istället är en higgspartikel i någon mer omfattande teori. Jag kommer att studera möjliga sätt som denna partikel kan sönderfalla på som inte förutspås av standardmodellen. Dessa studier kommer att innefatta simuleringar av de relevanta processerna samt bestämning av den optimala strategin för att upptäcka dessa så kallade exotiska higgs-sönderfall. Om det finns en rimlig chans att observera dem så kan dessa studier leda till att man gör experimentella eftersökningar av de här sönderfallen vid LHC, som i sin tur kan leda till nya upptäckter. I en annan del av projektet, guidad av de senaste experimentella resultaten och indikationerna från LHC och andra experiment, kommer jag att konstruera modeller för fysik bortom standardmodellen. Ett exempel på en grundläggande princip som dessa modeller kommer att vara baserade på kallas supersymmetri. Denna symmetri-princip möjliggör en lösning både till det ovan nämnda finjusteringsproblemet, genom att introducera nya superpartner-partiklar till alla de kända elementarpartiklarna, och till mörk materia-problemet eftersom vissa av dessa nya partiklar är utmärkta kandidater för att utgöra den mörka materian. En stor del av de experimentella eftersökningar av supersymmetri som hittills har genomförts har fokuserat på den enklaste och mest minimala modell man kan konstruera som är baserad på supersymmetri-principen. Men om den nyligen upptäckta partikeln är en higgspartikel så innebär dess uppmätta massa att parametrarna i denna minimala modell måste återigen, åtminstone till en viss del, finjusteras. Detta, tillsammans med de negativa resultaten som eftersökningarna av den minimala modellen hittills har givit, motiverar konstruktioner och eftersökningar av icke-minimala modeller som reducerar behovet av sådana finjusteringar och som kan ha helt nya fenomenologiska egenskaper. I denna del av projektet kommer jag att konstruera nya typer av icke-minimala modeller och noggrant analysera vilka karaktäristiska processer och signaturer de ger upphov till.

Deltagare

Finansiering

Relaterade styrkeområden och infrastruktur

Hållbar utveckling

Drivkrafter

Publikationer

Monojetlike Searches for Top Squarks with a b Tag

Light stop squarks and b-tagging

Selectron NLSP in gauge mediation

Mer information

Skapat