Částicová fyzika za standardním modelem II - NJSF140

• Anglický název: Beyond Standard Model Physics II
• Zajišťuje: Ústav částicové a jaderné fyziky (32-UCJF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2015
• Semestr: letní
• E-Kredity: 4
• Rozsah, examinace: letní s.:2/1, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. Ing. Michal Malinský, Ph.D.
• Patří mezi: Doporučené přednášky 2/2

Anotace

čeština

Poslední úprava: T_UCJF (19.03.2015)

Základy teorií velkých sjednocení Georgi-Glashowův SU(5) model Rozpad protonu v SU(5) unifikacích Predikce slabého směšovacího úhlu ve SM Základy supersymetrie – Coleman-Mandula teorém, Haag-Lopuszanski-Sohnius teorém, Wess-Zuminův model Supersymetrické kalibrační teorie Minimální supersymetrický Standardní model Supersymetrické teorie velkých sjednocení SO(10) velké unifikace

angličtina

Poslední úprava: T_UCJF (09.04.2013)

In the summer semester we shall initially focus on supersymmetry as another widely popular area of the BSM physics, discuss its basic structure, model building strategies as well as its basic phenomenological aspects. Then we shall inspect in some detail the minimal potentially realistic supersymmetric extension of the Standard Model, the Minimal Supersymmetric Standard Model, MSSM.

Podmínky zakončení předmětu

Poslední úprava: doc. Mgr. Milan Krtička, Ph.D. (10.06.2019)

Složení ústní zkoušky.

Literatura

čeština

Poslední úprava: T_UCJF (19.04.2013)

Literatura:
[1] R.Slansky, Phys.Repts. 79 (1981)

[2] P.Langacker, Phys.Repts. 72 (1981)

[3] H. Georgi, Lie algebras in particle physics ISBN 0738202339

[4] S.Weinberg, Introduction to Quantum field theory ISBN 0521550025

[5] S. Coleman, Aspects of symmetry ISBN 0521267064

[6] R. Bertlmann, Anomalies in quantum field theory ISBN 0198520476

[7] M. Peskin, D. Schroeder, Introduction to Quantum field theory ISBN 0201503972

[8] G.G.Ross, Grand Unified Theories, 1984, ISBN 0805-369678

[9] R.N.Mohapatra, Unification & Supersymmetry, 1986/92, ISBN 0378-955348

[10] D.Bailin, A.Love, SUSY gauge field theories and string theory, ISBN 0750-302674

[11] R.N.Mohapatra, P.B.Pal, Massive neutrinos in Physics and Astrophysics, ISBN 9812380701

[12] S. Martin, Supersymmetry primer, hep-ph/9709356

angličtina

Poslední úprava: T_UCJF (19.04.2013)

Literature:
[1] R.Slansky, Phys.Repts. 79 (1981)

[2] P.Langacker, Phys.Repts. 72 (1981)

[3] H. Georgi, Lie algebras in particle physics ISBN 0738202339

[4] S.Weinberg, Introduction to Quantum field theory ISBN 0521550025

[5] S. Coleman, Aspects of symmetry ISBN 0521267064

[6] R. Bertlmann, Anomalies in quantum field theory ISBN 0198520476

[7] M. Peskin, D. Schroeder, Introduction to Quantum field theory ISBN 0201503972

[8] G.G.Ross, Grand Unified Theories, 1984, ISBN 0805-369678

[9] R.N.Mohapatra, Unification & Supersymmetry, 1986/92, ISBN 0378-955348

[10] D.Bailin, A.Love, SUSY gauge field theories and string theory, ISBN 0750-302674

[11] R.N.Mohapatra, P.B.Pal, Massive neutrinos in Physics and Astrophysics, ISBN 9812380701

[12] S. Martin, Supersymmetry primer, hep-ph/9709356

Požadavky ke zkoušce

Poslední úprava: doc. Mgr. Milan Krtička, Ph.D. (10.06.2019)

Požadavky ke zkoušce odpovídají sylabu předmětu v rozsahu prezentovaném na přednášce.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: T_UCJF (19.04.2013)

I. Supersymetrie - teoretické základy [10,12]
⁃ vznik supersymetrie

⁃ dvojkomponentní spinory

⁃ tečkované a netečkované indexy

⁃ supersymetrické transformace

⁃ minimální Wess-Zuminův model

⁃ minimal SUSY algebra a její reprezentace

⁃ komponentní vs. superpolní formalizmus

II. Supersymetrie - modelové konstrukce [10,12]
⁃ Supersymetrické lagrangiány

⁃ F- a D-členy jako základní stavební kameny, superpotenciál, skalární potenciál

⁃ Supersymetrické kalibrační interakce

III. Minimální supersymetrický standardní model [10,12]
⁃ Definice MSSM v bázi kalibračních proudů

⁃ Stupně volnosti MSSM, potřeba páru dubletů

⁃ Měkké narušení supersymetrie

⁃ Flavour struktura MSSM

IV. Úvod do MSSM fenomenologie [10,12]
⁃ R-parita a její narušení

⁃ Anomální magnetický moment mionu, elektrické dipólové momenty

⁃ flavour- a CP-problémy MSSM, nezachování "vůně" v leptonovém sektoru

⁃ fenomenologie MSSM na urychlovačích

⁃ MSSM a problém temné hmoty

V. Běžící vazby v supersymetrii [4,7]
⁃ Běžení kalibračních vazeb v obecné supersymetrické teorii

⁃ Běžení kalibračních vazeb v MSSM

⁃ Slabý směšovací úhel v MSSM

⁃ Radiační narušení elektroslabé symetrie v rámci MSSM

⁃ mSUGRA

⁃ invariantní kombinace hmotových parametrů (pokud bude čas)

VI. Supersymetrické unifikace [9,10]
⁃ Selhání jednoduché unifikace v rámci minimálního SU(5) modelu

• Jednoduchá rozšíření minimálního SU(5) modelu (hmota v adjungované reprezentaci atd.)

⁃ Obecné aspekty supersymetrických unifikací

⁃ Minimální SUSY SU(5) GUT

• Struktura - dodatečný Higgsův multiplet

⁃ Rozpad protonu v SUSY

• d=5 operátory s výměnou těžkého Higgsina, preference kaonů v koncovém stavu

⁃ Problémy minimálního SUSY SU(5) modelu (rozpad protonu, neutrina)

VII. SO(10) unifikace [1,2,3,6,8,9,11]
⁃ U(1)B-L [ x SU(2)R ] jako minimální rozšíření kalibrační grupy SM

• Původ absolutní škály hmotností neutrin v LR modelech

• Pati-Salamova symetrie a leptonové číslo jako čtvrtá barva

⁃ SO(10) unifikace

• Spinory a tensory SO(10)

• SO(10) v jazyce SU(5) a Pati-Salamovy symetrie

• supersymetrické vs. nesupersymetrické modely

• Renormalizovatelný vs. nerenormalizovatelný seesaw mechanismus

• Rozpad protonu v SO(10) (d=6 operátory, d=4 & d=5 operátory v SUSY)

VIII. Neporuchové aspekty velkých unifikací (pokud zbude čas) [4,5,7]
⁃ Clasická neporuchová řešení ve kalibračních teoriích se spontánním narušením

• Solitony ve fi^4 teorii v 1+1 dimenzích

• Derrickův teorém a potřeba kalibračních polí

• Nielsenův-Olessenův vortex ve 2+1 dimenzích, topologické náboje

• t'Hooftův-Polyakovův monopól ve 3+1 dimenzích, Georgi-Glashowův SU(2) model

⁃ Monopóly ve velkých unifikacích and jejich klasifikace, první a druhá třída homotopie

⁃ Monopólová katalýza rozpadu protonu a la Callan-Rubakov

⁃ Monopóly v inflačních scénářích vývoje vesmíru

angličtina

Poslední úprava: T_UCJF (19.04.2013)

I. Supersymmetry - theoretical foundations [10,12]
⁃ the historical SUSY motivation

⁃ two-component spinors

⁃ dotted and undotted indices

⁃ SUSY transformations

⁃ the minimal Wess-Zumino model

⁃ the minimal SUSY algebra and its representations

⁃ the superfields and their components

II. Supersymmetry - basic model building [10,12]
⁃ The SUSY lagrangians

⁃ The F- and D-term contributions to the scalar potential

⁃ SUSY gauge interactions

III. Minimal supersymmetric standard model [10,12]
⁃ MSSM definition in the current basis

⁃ Basic MSSM degrees of freedom, the need for two doublets

⁃ Soft SUSY-breaking terms

⁃ Flavour structure of the MSSM

IV. The basic MSSM phenomenology [10,12]
⁃ R-parity conservation/violation

⁃ Anomalous magnetic moments and electric dipole moments in the MSSM

⁃ the flavour and CP issues in the MSSM, lepton flavour violation

⁃ basic MSSM collider phenomenology

⁃ dark matter in the MSSM

V. Running couplings in SUSY [4,7]
⁃ SUSY gauge running

⁃ Weak mixing angle in the SUSY GUTs

⁃ Radiative symmetry breaking in SUSY

⁃ mSUGRA ansatz

⁃ soft invariants (time permitting)

VI. Supersymmetric GUTs [9,10]
⁃ Gauge unification failure in minimal SU(5)

• A simple extension with matter in the adjoint representation

⁃ General aspects of GUTs in SUSY

⁃ The minimal SUSY SU(5) GUT

• Structure - the extra Higgs multiplet

⁃ Proton decay in SUSY

• d=5 Higgsino mediated operators, preference of kaons in the final state

⁃ The trouble with the minimal SUSY SU(5) (proton decay, neutrino sector)

VII. SO(10) GUTs [1,2,3,6,8,9,11]
⁃ U(1)B-L [ x SU(2)R ] as a gauge symmetry

• The neutrino mass scale origin

• Pati-Salam symmetry and lepton number as a fourth colour

⁃ SO(10) GUTs

• Spinors & tensors of SO(10)

• SO(10) in SU(5) and Pati-Salam language

• SUSYx non-SUSY setting

• Renormalizable x non-renormalizable seesaw

• Proton decay in SUSY x non-SUSY SO(10) (d=4, d=5 operators)

VIII. Exotics (time permitting) [4,5,7]
⁃ Classical non-perturbative solutions & spontaneously broken gauge theories

• Soliton in phi^4 in 1+1 dimensions

• The Derrick's theorem and the need for gauge fields

• Nielsen-Olessen vortex in 2+1 dimensions, topological charges

• t'Hooft-Polyakov monopole in 3+1 dimensions, the Georgi-Glashow SU(2) model

⁃ Monopoles in GUTs and their classification, the first and second homotopy classes

⁃ The Callan-Rubakov proton decay catalysis in presence of monopoles

⁃ Monopoles & inflation