Fisica de altas energias

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Fisica de altas energias

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