Supersymmetrie und das Minimale Supersymmetrische Standardmodell. Lena Feld, 8. Dezember 2016

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1 Supersymmetrie und das Minimale Supersymmetrische Standardmodell Lena Feld, 8. Dezember 2016

2 Überblick Nachteile des Standardmodells Hierarchieproblem Einführung von Supersymmetrie Lösung des Hierarchieproblems Andere Argumente für Supersymmetrie Aufbau der Lagrangedichte Brechung der Supersymmetrie Der Higgsmechanismus in SUSY Higgsteilchen Weitere Eigenschaften des MSSM R-Parität Parameter Quellenangaben

3 Nachteile des Standardmodells (SM) SM kann Gravitation nicht mit berücksichtigen Dunkle Materie nicht durch das SM beschreibbar Hierarchieproblem

4 Hierarchieproblem Schleifenkorrekturen zur Berechnung der Masse divergieren Für Fermionen δm m ln Λ m Aber für skalare Teilchen: δm Λ 2 (1) Abbildung 1: Feynmangraphen zur Schleifenkorrektur der Fermionenmasse und Bosonenmasse

5 Einführung von Supersymmetrie Symmetrie zwischen Fermionen und Bosonen - Ineinander überführbar Superpartner: Alle Quantenzahlen bleiben erhalten außer Spin ± 1 2 Abbildung 2: Teilchen im MSSM

6 Lösung des Hierarchieproblems Abbildung 3: Hinzugefügter Korrekturterm zur Schleifenkorrektur Durch die Einführung von Superpartnern gibt es weitere Beiträge zur Schleifenkorrektur, von gleicher Größe aber umgekehrten Vorzeichen. Damit heben sich die Terme gegenseitig weg.

7 Andere Argumente für Supersymmetrie Generierung des Higgsmechanismus durch Strahlungskorrekturen

8 Andere Argumente für Supersymmetrie Generierung des Higgsmechanismus durch Strahlungskorrekturen Vereinigung der schwachen, elektromagnetischen und starken Kopplungskonstanten

9 Andere Argumente für Supersymmetrie Generierung des Higgsmechanismus durch Strahlungskorrekturen Vereinigung der schwachen, elektromagnetischen und starken Kopplungskonstanten Kalte dunkle Materie

10 Andere Argumente für Supersymmetrie Generierung des Higgsmechanismus durch Strahlungskorrekturen Vereinigung der schwachen, elektromagnetischen und starken Kopplungskonstanten Kalte dunkle Materie Lokale SUSY führt möglicherweise zu Gravitation

11 Aufbau der Lagrangedichte L = L Eich + L Mat + L Hilf + L soft (2)

12 Brechung der Supersymmetrie L soft SUSY sagt für Superpartner gleiche Massen voraus. Experimentell: SUSY Teilchen müssen höhere Massen haben Wie kommt die SUSY-Brechung zustande?

13 Der Higgsmechanismus in SUSY Higgsteilchen Zwei Higgsdubletts werden benötigt ( ) h + H 2 = 2 h 0 H 1 = 2 ( h 0 1 h 1 ) (3) H 2 verleiht up-artigen Quarks Masse, H 1 down-artigen. H 1 und H 2 enthalten insgesamt 8 Freiheitsgrade 3 Masse der W ± und Z-Bosonen übrigen FG sind 5 Higgsteilchen zugeordnet: h, H (neutral, CP-gerade) A (neutral, CP-ungerade) H+ und H-

14 Higgspotential V Higgs = (m 2 H1 + µ 2 ) H (m 2 H2 + µ 2 ) H 2 2 Bµɛ ij (H i 1H j 2 + h.c.) + g2 + g 2 ( H 1 2 H 2 2 ) 2 + g2 8 2 H 1 H 2 2 (4)

15 Weitere Eigenschaften des MSSM R-Parität Problem: SUSY sagt Protonenzerfall voraus. (Experimentell: Halbwertszeit > a) P e + Π 0 (u ud) d u e + (ū u) (5) Einführung einer neuen Quantenzahl SUSY-Teilchen R = 1, SM-Teilchen R = +1 Forderung: R-Parität muss erhalten sein

16 Dunkle Materie Aufgrund der R-Paritäts-Erhaltung kann das leichteste SUSY-Teilchen nicht weiter zerfallen. Möglicher Kandidat für dunkle Materie: Leichtestes Neutralino χ 1 0 Kein direkter Superpartner Masseneigenzustände: Überlagerungen von Higgsinos, Winos, Zinos und Photino zu Neutralinos und Charginos

17 Parameter Große Anzahl an Parametern Grund hauptsächlich L soft Reduzierung der Anzahl der Parameter durch sinnvolle Annahmen (Bsp. R-Parität, CP-Erhaltung)

18 Quellenangaben M. Mühlleitner, Script zur Vorlesung Supersymmetrie an Collidern, Karlsruhe, WS 2012/13 M. Mühlleitner, Script zur Vorlesung Einführung in die Theoretische Teilchenphysik, Karlsruhe, WS 2015/16 M. Drees, R. Godbole, P. Roy, Theory and Phenomenology of Sparticles, Singapore, 2004 W.W.M. Allison et al., Search For The Proton Decay Mode p µ K + In Soudan 2, arxiv:hep-ex/