Fisica delle Particelle Elementari con APE

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Gina Conte
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1 Fisica delle Particelle Elementari con APE Materia e Antimateria nell Universo Asimmetria Materia-Antimateria negli esperimenti Studio teorico dell Asimmetria e calcoli con APE Dipartimento di Fisica di Roma La Sapienza Guido Martinelli 8 Febbraio 2006

2 Asimmetria tra Materia e Antimateria Materia e Antimateria nell Universo Fisica dei Sapori: masse, accoppiamenti deboli e CP; Elementi della Matrice di CKM CP per i mesoni K e B nello SM e oltre L attivita` teorica del GT con APE

3 IL GRANDE BOTTO O BIG BANG 3 MILA MILIARDI DI GRADI UN MILIONESIMO DI SECONDO Tempo 3 MILIARDI DI MILIARDI DI GRADI E 10 MILIARDESIMI DI MILIARDESIMI DI MILIARDESIMI DI MILIARDESIMI DI SECONDO

4 Meccanica Quantistica Relativistica π +! Teorema CPT π + ν µ La violazione di CP e stata scoperta nel mescolamento K 0 - K 0 ( interazioni deboli) µ + µ + ν µ " π - ν µ µ - "P µ - ν µ

Poiche` l antimateria annichila la materia producendo un enorme quantita` di energia, per esempio raggi gamma, una diffusa

5 Se non fosse per la violazione di C (coniugazione di carica) and CP (C & Parita`) i fenomeni fondamentali sarebbero gli stessi per la materia & l antimateria, cosi` dovremmo avere un universo riempito di antimateria. Poiche` l antimateria annichila la materia producendo un enorme quantita` di energia, per esempio raggi gamma, una diffusa presenza di antimateria sarebbe stata gia` rilevata, invece TUTTA L ANTIMATERIA PRODOTTA NEI NOSTRI LABORATORI NON ECCEDE I GRAMMI!!! P.A.M. Dirac C.D. Anderson 1932

6 Il Secondo passo di Amstrong sulla luna mostra che l antimateria e` trascurabile su scale astronomiche L ANTIMATERIA DAI RAGGI COSMICI E` CIRCA 1/10 5 = 1/CENTOMILA DELLA MATERIA

7 L ASSENZA DI ESPLOSIONI VISIBILI NELL UNIVERSO ESCLUDE LA PRESENZA DI ANTIMATERIA FINO A DISTANZE DI O(20 MEGAPARSECS) (ONE PARSEC ~ 3.26 LIGHT YEARS ~ cm ) N β = B - N B = N γ N γ = 412 /cm 3

8 Le ricerche astrofisiche

9 In 1967 Andrei Sakharov pointed out that, for the universe to evolve from the initial matter-antimatter fireball to the present matter antimatter asymmetric state, 4 conditions must be fulfilled: 1) Baryon number violation Δ B 0 (GUT??) e + + d X u + u (Δ (B-L) = 0 ) Lepton number violation is possible but not necessary and could be zero because of the presence of a large number of antineutrinos 2) Charge symmetry violation C Γ( e + + d X u + u ) Γ( e - + d X u + u ) 3) CP violation: the number of left handed up quarks produced by X must be different from the number of right handed up antiquarks 4) The universe was not in equilibrium when this happened, otherwise if Γ( e + + d u + u ) > Γ( e - + d u + u ) then also Γ( u + u e + + d ) > Γ( u + u e - + d )

10 L ammontare di CP, scoperta nel 1964 e` troppo piccola per spiegare la scarsita` di antimateria nell Universo!! INCONTRI CON GLI STUDENTI

11 IL MODELLO STANDARD HIGGS

12 Nei moderni esperimenti di Fisica delle Particelle si studiano le disintegrazioni di Particelle di Materia e Antimateria per confrontare i risultati delle misure con la teoria (Modello Standard 0???)

13 Particella AntiParticella OSCILLAZIONE DISINTEGRAZIONE

14 π! W K 0 K 0 ΔS=2 K L = K 2 CP= - 1! W CP= + 1 s W d u,c,t π d W s ASIMMETRIA NELL OSCILLAZIONE E DECADIMENTO

15 B d b o K L = K 2 CP= - 1! W CP= + 1 u π π π π Complex ΔS=1 effective coupling ASIMMETRIA NEL DECADIMENTO

16 Il calcolo teorico di queste quantita` e` possibile solo numericamente e, per ottenere una precisione sufficiente, sono necessari circa 3 Miliardi di Miliardi di operazioni Corrispondenti a un integrale su circa 67 milioni di gradi di liberta` e all inversione di qualche migliaio di matrici con 600 Milioni di elementi Con la potenza di calcolo disponibile nel 1984 ci vorrebbe qualche migliaio di anni!! (Libbs, Petronzio, Rapuano, GM) INFN Roma I 11/06/2001

17 THE COLLABORATION M.Bona, M.Ciuchini, E.Franco, V.Lubicz, G.Martinelli, F.Parodi, M.Pierini, P.Roudeau, C.Schiavi, L.Silvestrini, A.Stocchi Roma, Genova, Torino, Orsay NEW 2005 ANALYSIS New quantities e.g. B -> DK included Upgraded experimental numbers after Bejing THE CKM

18 Quantities used in the Standard UT Analysis

Results for ρ and η & related quantities With the constraint fromδm s contours @ 68% and 95% C.L. ρ = 0.196 ± 0.045 η = 0.

19 Results for ρ and η & related quantities With the constraint fromδm s 68% and 95% C.L. ρ = ± η = ± [ ] [ ] at 95% C.L. sin 2 α = ± 0.24 sin 2 β = ± [ ] [ ]

21 PUBBLICITA` RM22 e apemille e apenext) The SPQ cd R Collaboration (Southapmton, Paris, Rome) D.Becirevic, Ph. Boucaud, R. Frezzotti, V.Gimenez, D. Guadagnoli, V.Lubicz, G.M., M. Papinutto, S. Petrarca, G.C. Rossi, C.Sachrajda, S. Simula, C. Tarantino, M. Testa, P. Turchetti, G. Villadoro

22 F. Karsch

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