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Fisica de altas energias

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Transcript

  • 1. FÍSICA DE ALTAS ENERGÍAS F. Quevedo, Cambridge Guatemala, USAC Converciencia2005
  • 2. PLAN
    • Física en 4D
    • El Paisaje de Cuerdas
    • Supersimetría y Dimensiones Extra
    • Inflación y Cuerdas
  • 3. Física en 4D
  • 4. Siglo XX
    • Modelo Estándar de Partículas
    • Modelo Estándar de Cosmología
    3+1 Dimensiones 3+1 Interacciones 3+1 Familias Modelo Big-Bang (FRW) + Modelo Estándar de PE + Termodinámica
  • 5. El Modelo Estándar
  • 6.  
  • 7.  
  • 8. FONDO DE MICROONDAS
  • 9. Grandes Enigmas
    • Gravedad Microscópica
    • Jerarquías : M EW /M Planck =10 -15 (Supersimetría?)
    • Constante Cosmólogica M Λ /M EW =10 -15 (??)
    • Por Qué? ( 3+1 dimensiones, fuerzas, familias; masas, acoplos (20 parámetros libres ) )
    • Cosmología : Big-Bang (singularidad)
    • Planitud, Horizonte,… Inflación?
    • Energía Obscura (constante cosmologica?)
    • Materia Obscura
    • Bariogénesis …
  • 10.  
  • 11. Inflaci ón Cosmológica Expansi ón Exponencial ?
  • 12. EVIDENCIA EXPERIMENTAL Ω = Ω Λ + Ω M + Ω K = 1 Ω = ρ / ρ c densidad de energ ί a relativa K = -1,0,1 universo abierto, plano, cerrado Ω Λ ~ 0.7, Ω M ~ 0.3, Ω k ~ 0
  • 13. Contenido de Energ í a del Universo
  • 14. El Paisaje de la Teoría de Cuerdas
  • 15. Teor ía de Cuerdas
    • Part ículas son cuerdas
    • Gravitaci ón incluida
    • Unifica todas las part ículas y fuerzas (sueño de Einstein)
    • El Universo es en 10 (11) dimensiones !!!
    • Nuestro universo 10d = 4d+6d
    • (6d muy peque ñas ?)
  • 16.  
  • 17. Es nuestro Universo una ‘Brana’ ?
  • 18. El Mundo Brana … , ADD, Horava-Witten,… t=1995-1998 Dimensiones extra grandes (0.1mm)!
  • 19. La Teoría es Única!! Pero hay muchas soluciones o vacíos Cada solución un universo diferente!!! IIA IIB I Het 2 Het1 11D M
  • 20. Teorías Efectivas
  • 21. El Problema
    • Teoría única pero muchas soluciones (?).
    • Algunas soluciones se parecen al modelo estándar (supersimétrico (SUSY)).
    • Degeneración: Discreta + Continua (SUSY) .
    • Problemas principales:
    Romper SUSY + Degeneración de vacíos.
  • 22. Historia
    • t<1986 Compactificaciones: Muchos parámetros libres o moduli (tamaño y forma de dimensiones extra).
    • 1995<t<2002 Más moduli! (posiciones de D-branas)
    • t>2002 Flujos fijan moduli !
    Dilaton S, K ä hler T Complex structure U Wilson lines W
  • 23. Escenario KKLT
    • Cuerdas IIB en Espacio de Calabi-Yau (6d)
    • Flujos
    • ∫ a F 3 = n a ∫ b H 3 = m b
    • Superpotencial W = ∫ G 3 Λ Ω , G 3 = F 3 –iS H 3
    • Potencial: V= e K |D a W| 2
    • Mínimo D a W = 0 Fija los U a y S
    • T moduli sin fijar: No-Scale models
    Tamaño de ciclo a = U a GKP
  • 24.
    • Espacios con gargantas!
    Volume
  • 25. Multi-gargantas
  • 26.
    • Fijando todos los moduli y espacios con gargantas!!!
    KKLT, BKQ, SS V axion volume
  • 27. Modelos Realistas CG-MQU, CSU
  • 28. Espacio de Soluciones Soluciones cl ásicas Decaimiento cu ántico (efecto t únel)
  • 29. Multiverso
  • 30. Supersimetría y Dimensiones Extra
  • 31. Soluciones al problema de jerarquías
    • Supersimetría
    • Principio Antrópico
    • Dimensiones Extra:
    • 1. Dimensiones exponencialmente grandes
    • 2. Gargantas
  • 32. Supersimetría
    • electrón (s=1/2) selectrón (s=0)
    • quark (s=1/2) squark (s=0)
    • fotón (s=1) fotino (s=1/2)
    • W (s=1) Wino (s=1/2)
    Extensión más general de las simetrías del espacio-tiempo!! Presente en cuerdas por consistencia!
  • 33. Unificación de acoplos!
  • 34. Implicaciones de Supersimetría
    • Unificación de acoplos
    • Explicación de materia obscura
    • Posible explicación de bariogénesis (por qué estamos aquí?)
    • Neutrinos livianos?...
    • Resuelve problema de jerarquías!!!!
  • 35. Futuro Cercano
  • 36.  
  • 37.  
  • 38. Super Kamiokande  (p -> e +  o )>10 33 years
  • 39. Si se descubre: ILC (International Linear Collider)
  • 40. Exponentially Large Volumes
    • At least two K ähler moduli (h 21 >h 11 >1)
    • Perturbative corrections to K
    Example : Exponentially large ! BBCQ, CQS
  • 41. Non SUSY AdS W 0 ~1-10 String scale: Ms 2 =Mp 2 / V
  • 42. KKLT AdS Non SUSY AdS W 0 ~10 -10 W 0 <10 -11 Both minima merge
  • 43. Soft SUSY Breaking
    • From KKLT not explicit model but interesting general behaviour (D/F term breaking, AMSB, …)
    • From lifting of large volume models
    Ms ~10 13 GeV Gaugino masses ~ 10 2 GeV, scalars m ~ 10 7 GeV Ms=M GUT viable if warping, Ms=Tev `viable’ if SM anti D-brane (but 5 th force and cmp?) CFNOP,CJO CQS Matter on D3
  • 44. Three General Scenarios
    • Generalised Fluxed MSSM
    • Intermediate Scale Split SUSY
    • Stringy mSUGRA
    SM on D7 brane, 10 12 Gev<Ms<10 17 Gev SM on D3 brane, Ms=10 12 Gev SM on D3 brane, Ms=10 17 Gev
  • 45. Benchmark Models Fluxed MSSM Split SUSY
  • 46. Preguntas Abiertas
    • Modelo concreto realista (bottom-up)
    • Control de escalas posibles
    • Predicciones concretas
    • Constante cosmológica (solo principio antrópico?)
  • 47. String Theory and 4D Inflation
  • 48. MOTIVATION
    • Inflation: very successful but only scenarios in search of a theory
    • String theory: fundamental theory but lacks experimental tests.
    • Is it possible to `derive’ inflation from string theory?
  • 49. HISTORY
    • t<1986 Calabi-Yau String Compactifications: Many free moduli (size and shape of extra dimensions) from g mn , B mn , φ , A m I,…
    • 1986<t<1991 Geometric moduli: candidate for inflaton fields. But no potentials ( V=0).
    • Or V too steep:
    Dilaton S, K ä hler T Complex structure U Wilson lines W Candelas et al. Binetruy-Gaillard, Banks et al Brustein-Steinhardt
  • 50. Inflation
    • Need to compute scalar potential from String theory satisfying slow-roll conditions:
    Number of e-folds N>60 Density perturbations
  • 51.
    • t=1998 More moduli! : D-brane inflation. But V=0 or non-calculable.
    • t=2001 Brane/Antibrane inflation:
    Dvali-Tye Generically no slow roll, and moduli non fixed, but… Burgess et al., Dvali et al
  • 52. V Y tachyon Tachyon complex topological defects D (p-2) branes cosmic strings ! End of inflation: Open string tachyon BMNQRZ ST, JST, CMP S, BMNQRZ FQ hepth/0210292
  • 53. Brane-Antibrane Inflation and Moduli Stabilisation D3 Brane φ φ inflaton field KKLMMT, HKP, KTW, FT, BCSQ, …
  • 54. Slow-roll (large field) inflation possible. Need 1/1000 fine tuning of parameters to get 60-efoldings ( η -problem) N ~60, δ H ~10 -5 for Ms~ 10 15 GeV n s ~1.05 BCSQ
  • 55. Tachyonic Inflation A,B depend on warping (fluxes) and E&M fields on non-BPS brane. If A,B ~1 no slow-roll AB large slow-roll No fine-tuning! But need large fluxes Sen, Raeymakers, Cremades-Sinha-FQ
  • 56. Racetrack Inflation Topological eternal inflation ! Slow roll if 1/1000 fine tuning, N ~60, δ H ~10 -5 for Ms~10 15 GeV n s ~ 0.95 Blanco-Pillado et al. Also for W 0 =0 if add matter Lalak, Ross, Sarkar
  • 57. Racetrack Inflation
  • 58. K ähler Moduli Inflation Any Calabi-Yau: h 21 > h 11 >2 volume τ n V Conlon-FQ Large field inflation No fine-tuning!! 0.960<n<0.967
  • 59. CONCLUSIONS
    • Exciting times!!!
    • Warping and large extra dimensions .
    • Soft terms calculable for first time rich phenomenology
    • Concrete models of inflation
    • Simple principles, complicated solutions, but SM is also ugly!
    • Many open questions
    (A fully realistic model?) (String Vacuum Project (SVP)?)
  • 60. INITIAL CONDITIONS Sen’s open string completeness conjecture t -t Pre big-bang ! ? Inflation and compactification or big-crunch/bang and decompactification ! ?

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