Adam Alloul Encadrants: Benjamin Fuks & Michel Rausch de Traubenberg. 07 février 2011 IPHC. Introduction à la physique des particules

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1 Supersymétrie et outils automatisés Adam Alloul Encadrants: Benjamin Fuks & Michel Rausch de Traubenberg IPHC 07 février /24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

2 Sommaire 1 Introduction à la physique des particules Quels buts? Le Modèle Standard de la physique des particules 2 Motivations Quelles différences avec le Modèle Standard? Plusieurs modèles supersymétriques Le modèle supersymétrique symétrique gauche droit 3 Un intérêt crucial Le programme InSuRGEs 4 2/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

3 Quels buts? Le Modèle Standard de la physique des particules Introduction à la physique des particules 3/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

4 La physique des particules : Quels buts? Quels buts? Le Modèle Standard de la physique des particules Physique des particules :Étude et déscription des constituants élémentaires de la matière et de leurs interactions pour en découvrir la structure élémentaire; découvrir les lois fondamentales qui régissent les interactions dans notre monde; Réussir à unifier les quatre forces fondamentales de la nature (ultime but). 4/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

5 Quels buts? Le Modèle Standard de la physique des particules Le Modèle Standard de la physique des particules : Une incroyable réussite... Le Modèle Standard (MS) : est certainement l une des théories les plus testées de la physique; utilise les principes de symétrie pour expliquer les interactions; a permis l unification des interactions électromagnétique et faible. Les particules élémentaires qui le constituent se regroupent en deux familles : Les fermions : particules de spin demi-entier représentant la matière (quarks, leptons). les bosons : particules de spin entier et qui jouent le rôle de médiateurs des interactions de (photon, gluons, bosons Z et W). /24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

6 Quels buts? Le Modèle Standard de la physique des particules... des problèmes sérieux restent cependant Malgré les prouesses du MS, de sérieux problèmes théoriques restent sans réponse. Parmi ceux-ci : Pas d unification des interactions fondamentales; La gravité n est pas prise en compte dans ce modèle; Fine tuning dû à la coexistence de deux échelles d énergie séparées de 17 ordres de grandeur; Le boson de Higgs, très important dans les mécanismes de brisure, n a pas encore été observé;...etc On doit alors le considérer comme une théorie effective ce qui nous conduit à rechercher des théories plus fondamentales. 6/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

7 Quels buts? Le Modèle Standard de la physique des particules : une des solutions proposées les plus populaires 7/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

8 Motivations Quelles différences avec le Modèle Standard? Plusieurs modèles supersymétriques Le modèle supersymétrique symétrique gauche droit : une des solutions proposées les plus populaires : introduit une symétrie d un nouveau genre entre particules de statistique différentes; résout partiellement le problème de fine tuning prédit l unification des constantes de couplage à haute énergie; /24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

9 Motivations Quelles différences avec le Modèle Standard? Plusieurs modèles supersymétriques Le modèle supersymétrique symétrique gauche droit Schématiquement 9/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

10 Avant : 2 mondes coexistaient Matière ex : électrons Motivations Quelles différences avec le Modèle Standard? Plusieurs modèles supersymétriques Le modèle supersymétrique symétrique gauche droit fermions bosons Interactions ex : photons 10/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

11 Après : La supersymétrie crée des liens Matière ex : électron et sélectron Motivations Quelles différences avec le Modèle Standard? Plusieurs modèles supersymétriques Le modèle supersymétrique symétrique gauche droit fermions bosons Interactions ex : photon et photino 11/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

12 Motivations Quelles différences avec le Modèle Standard? Plusieurs modèles supersymétriques Le modèle supersymétrique symétrique gauche droit Plusieurs modèles supersymétriques 12/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

13 Motivations Quelles différences avec le Modèle Standard? Plusieurs modèles supersymétriques Le modèle supersymétrique symétrique gauche droit Le Modèle Standard Supersymétrique Minimal Le Modèle Supersymétrique Minimal (MSSM) : est l extension supersymétrique la plus étudiée du Modèle Standard. ne contient que les particules du MS et leur superpartenaire Le MSSM associe à chaque particule un superpartenaire Quarks Squarks Lepton Sleptons Higgs Higgsinos Photon Photino Bosons faibles W/Z Winos/Zinos Gluons Gluinos 3/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

14 Motivations Quelles différences avec le Modèle Standard? Plusieurs modèles supersymétriques Le modèle supersymétrique symétrique gauche droit Il existe d autres modèles supersymétriques Le MSSM hérite de quelques problèmes du Modèle Standard d où l existence d autres modèles Le (M+1)SSM où le MSSM est considéré avec un Higgs supplémentaire; Le modèle supersymétrique symétrique gauche-droit (LRSUSY) qui introduit une symétrie entre les fermions gauchers et droitiers (modèle étudié en ce moment) 14/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

15 Motivations Quelles différences avec le Modèle Standard? Plusieurs modèles supersymétriques Le modèle supersymétrique symétrique gauche droit Le modèle supersymétrique symétrique gauche droit Hélicité : Projection du spin d un fermion sur son impulsion. Les fermions droitiers et gauchers se comportent différemment sous l interaction électrofaible. LRSUSY introduit une symétrie entre ces deux types de fermions. Cette symétrie permet d expliquer la masse des neutrinos 15/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

16 Un intérêt crucial Le programme InSuRGEs Et les outils automatisés dans tout ça? 16/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

17 Un intérêt crucial Le programme InSuRGEs Les calculs : du spectre de masse, des intensités des couplages, des sections efficaces,... etc sont longs, fastidieux et surtout à répéter pour chaque modèle et à chaque fois qu un paramètre est changé! D où la nécessité des outils automatisés 17/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

18 Un intérêt crucial Le programme InSuRGEs Le programme InSuRGEs 18/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

19 Un intérêt crucial Le programme InSuRGEs Le programme InSuRGEs : Independant Supersymmetry RGEs : Calcule les équations du Groupe de Renormalisation pour tout modèle supersymétrique a été développé pendant mon stage de M2 est écrit sous langage Mathematica 19/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

20 Un intérêt crucial Le programme InSuRGEs Haute énergie (échelle de Planck ou de grande unification) Quelques paramètres libres Basse énergie (échelle du TeV par exemple) Plus d une centaine de paramètres libres pour le MSSM 20/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

21 Un intérêt crucial Le programme InSuRGEs Exemple de calculs faits par InSuRGE 21/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

22 Un intérêt crucial Le programme InSuRGEs Q d dq η 3abc = 1 32π 2 [ 4g 2 [ C(A)+C(B)+C(C) ]η 3abc (X a a η 3a bc +X b b η 3ab c +Xc c η 3abc ) 2(η 3ab c f b c d fbcd + η 3a bc f a c d facd + η 3a b c f a b d fabd ) + 4g 2 [ C(A) A +C(B) B +C(C) C ]f abc ] 22/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

23 Les projets en cours et à venir 23/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés

24 Trois projets sont en cours aujourd hui : Continuer le développement d InSuRGEs et l associer à d autres programmes complémentaires; Étudier de manière extensive le modèle LRSUSY. Des coopérations avec d autres chercheurs sont en développement (projet RPV avec des chercheurs de CMS, par exemple). 4/24 Adam Alloul Supersymétrie et outils automatisés