Physics with 500 GeV LC Hitoshi Murayama (UC Berkeley) LC Retreat Santa Cruz, June 27, 2002 W e are interested in things we don’t see Energy budget of Universe • Σταρσ ανδ γαλαξιεσ αρε ονλψ 0.1% • Νευτρινοσ αρε ∼0.1–10% • Ρεστ οφ ορδιναρψ µαττερ (ελεχτρονσ ανδ προτονσ) αρε ∼5% • ∆αρκ Ματτερ ∼25% • ∆αρκ Ενεργψ ∼70% • Αντι−Ματτερ 0% • Ηιγγσ βοσον ∼1062%?? The Cosmic Questions • • • • • Ωηατ ισ ∆αρκ Ματτερ? Ωηατ ισ ∆αρκ Ενεργψ? Ηοω µυχη ισ Νευτρινο χοµπονεντ? Ισ Ηιγγσ Βοσον ρεαλλψ τηερε? Ωηερε διδ Αντι−Ματτερ γο? Synergy at TeV scale • ∆αρκ Ματτερ ΩM 0.756(n+1)xn+ 3s0 α /(TeV)2 f = 1/2 2≈ σ ann g σ annMPl 8πH0 • Φερµι (Ηιγγσ) σχαλε v~250GeV • ∆αρκ Ενεργψ ρΛ~(2meV)4 vs (TeV)2/M Pl~0.5meV • Νευτρινο (∆m 2LMA)1/2~7meV vs (TeV)2/M Pl~0.5meV Τες−σχαλε πηψσιχσ λικελψ το βε ριχη Fermi’s dream era • Φερµι φορµυλατεδ τηε φιρστ τηεορψ οφ ωεακ φορχε (1933) • Κνεω τηε ρεθυιρεδ ενεργψ το στυδψ τηε προβλεµ: ∼Τες • Ωε αρε φιναλλψ γεττινγ τηερε! Higgs Boson Mystery of the “weak force” • Γραϖιτψ πυλλσ τωο µασσιϖε βοδιεσ (λονγ−ρανγεδ) • Ελεχτριχ φορχε ρεπελσ τωο λικε χηαργεσ (λονγ−ρανγεδ) • “Ωεακ φορχε” πυλλσ προτονσ ανδ ελεχτρονσ (σηορτ−ρανγεδ) αχτσ ονλψ οϖερ 10–16 χµ [νεεδ ιτ φορ τηε Συν το βυρν!] Something is in the Universe • • • • Τηερε ισ σοµετηινγ φιλλινγ ουρ Υνιϖερσε Ιτ δοεσν’τ διστυρβ γραϖιτψ ορ ελεχτριχ φορχε Ιτ δοεσ διστυρβ ωεακ φορχε ανδ µακε ιτ σηορτ−ρανγεδ Ωηατ ισ ιτ?? Like a superconductor • Ιν α συπερχονδυχτορ, µαγνετιχ φιελδ γετσ ρεπελλεδ (Μει⇓νερ εφφεχτ), βυτ πενετρατεσ ονλψ οϖερ “πενετρατιον λενγτη” ⇒ Μαγνετιχ φιελδ ισ σηορτ−ρανγεδ! Ιµαγινε α πηψσιχιστ λιϖινγ ιν α συπερχονδυχτορ • Φιναλλψ φιγυρεδ: – – – – magnetic filed must be long-ranged there must be mysterious charge-two condensate in his “Universe” But doesn’t know what the condensate is, nor why it condenses Doesn’t have enough energy to break up Cooper pairs Τηατ’σ τηε σταγε ωηερε ωε αρε! 10 Post-Higgs Problem Post-Higgs Problem • Ωε σεε “ωηατ” ισ χονδενσεδ • Βυτ ωε στιλλ δον’τ κνοω “ωηψ” • Τωο προβλεµσ: – Why anything is condensed at all – Why is the scale of condensation ~TeV[...]... value Branching Ratios 13 Higgs Boson at LC • Ανγυλαρ διστριβυτιον ιν ε+ε– →ΖΞ δεπενδσ ον Ξ=η, Α, ς Ισ ιτ α 0+ βοσον? 14 Higgs Boson at LC • Βρανχηινγ Φραχτιονσ τεστ τηε ρελατιον χουπλινγ ∝ µασσ ⇒ προϖεσ τηατ Ηιγγσ Βοσον ισ τηε “Οριγιν οφ Μασσ”(Βατταγλια) 15 Higgs Boson at LC • ΖΗ φιναλ στατε • ΑΛΡ προϖεσ ιτ ισ δυε το σ−χηαννελ Ζ− εξχηανγε 16 Higgs Boson at LC • ΖΗ φιναλ στατε • ΑΛΡ προϖεσ ιτ ισ δυε... δατα • Ραχε ωιλλ βε ον: – theorists coming up with new interpretations – experimentalists excluding new interpretations ⇒ Α λοοοονγ προχεσσ οφ ελιµινατιον • Χρυχιαλ ινφορµατιον ισ ιν δεταιλσ 28 LC is good at details Συπερσψµµετρψ Φουρτη γενερατιον Ejj distribution tells if mB~≠ 0 Cross sections vs polarization determine quantum numbers 29 Supersymmetry at LC • ∆ισχοϖερψ ατ Τεϖατρον Ρυν ΙΙ ορ ΛΗΧ • Τεστ... Ηιγγσ σελφ−ενεργψ δµΗ2∼Λ2 22 Three Directions • Ηιστορψ ρεπεατσ ιτσελφ – Crisis with electron solved by anti-matter – Double #particles again ⇒ supersymmetry • Λεαρν φροµ Χοοπερ παιρσ – Cooper pairs composite made of two electrons – Higgs boson may be fermion-pair composite ⇒ technicolor • Πηψσιχσ ενδσ ατ Τες – Ultimate scale of physics: quantum gravity – May have quantum gravity at TeV ⇒ hidden dimensions... ιτ ισ δυε το σ−χηαννελ Ζ− εξχηανγε • Ωε κνοω Ζ:γαυγε βοσον, Η: σχαλαρ βοσον ⇒ ονλψ τωο ϖερτιχεσ 17 Higgs Boson at LC • ΖΗ φιναλ στατε • ΑΛΡ προϖεσ ιτ ισ δυε το σ−χηαννελ Ζ−εξχηανγε • Ωε κνοω Ζ:γαυγε βοσον, Η: σχαλαρ βοσον ⇒ ονλψ τωο ϖερτιχεσ • Νεεδ α ςΕς το γετ ΖΖΗ ϖερτεξ 18 Higgs Boson at LC • ΖΗ φιναλ στατε • ΑΛΡ προϖεσ ιτ ισ δυε το σ−χηαννελ Ζ− εξχηανγε • Ωε κνοω Ζ:γαυγε βοσον, Η: σχαλαρ βοσον ⇒ ονλψ... Supersymmetry at LC • ∆ισχοϖερψ ατ Τεϖατρον Ρυν ΙΙ ορ ΛΗΧ • Τεστ τηεψ αρε ρεαλλψ συπερπαρτνερσ Σπιν 0? – Spins differ by 1/2 – Same SU(3)×SU(2)×U(1) quantum numbers – Supersymmetric couplings 30 Supersymmetry at LC Ισ γαυγινο χουπλινγ = γαυγε χουπλινγ? Μασσ Μεασυρεµεντ 31 Superpartners as probe • Μοστ εξχιτινγ τηινγ αβουτ συπερπαρτνερσ βεψονδ εξιστενχε: Τηεψ χαρρψ ινφορµατιον οφ σµαλλ−διστανχε πηψσιχσ το σοµετηινγ