Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Τμήμα Φυσικής, ΕΚΠΑ, 27 Μαίου 2008

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Standard Model 1900 – 1970 : Από την μακροσκοπική ύλη στα κουαρκς Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Τα συστατικά του πυρήνα συγκροτούνται από κουάρκς ! Πρωτόνιο Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο  SM : Η τελευταία επανάσταση στην φυσική της μικροσκοπικής δομής της υλης – Ενοποίηση των Ηλεκτρικών και Ασθενών Δυνάμεων ( Glashow – Salam – Weinberg, 1969 )  Λεπτομερής περιγραφή των δομικών συστατικών της ύλης και των δυνάμεων μέσω των οποίων αλληλεπιδρούν σε αποστάσεις ~ cm , η Ε ~ GeV . Τίποτα δεν είναι γνωστό για μικρότερες αποστάσεις, ( μεγαλύτερες ενέργειες )  Αρτια μαθηματική περιγραφή και προβλεψιμότητα σε πλήρη συμφωνία με το τι παρατηρείται στο εργαστήριο !  Η ύλη συγκροτείται από τα κουάρκς και τα λεπτόνια και οι δυνάμεις μεταδίδονται με φορείς πού ανταλλάσονται στα σημεία αλληλεπίδρασης Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο β – διάσπαση του νετρονίου 1911 Meitner-Hahn, 1927 Ellis, Chadwick : Το φάσμα της ενέργειας των παραγομένων ηλεκτρονίων συνεχές ! 1930 Pauli, 1931 Fermi : Ενα νετρίνο παράγεται μαζί με το ηλεκτρόνιο ! 1934 Fermi : Μοντέλο β-διάσπασης ! Πήρε περισσότερο από 35 χρόνια για την διατύπωση θεωρίας η οποία εξηγεί την β-διάσπαση ! Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Υλη Φορείς δυνάμεων Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο 4 είδη δυνάμεων είναι γνωστά ! Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Ολα τα συστατικά του SM έχουν ανακαλυφθεί στο εργαστήριο ! Εκτός του σωματιδίου Brout-Englert-Higgs ! Η συμμετρία που υπακούει το SM λόγω του Higgs υφίσταται « αυθόρμητη ρίξη» με αποτέλεσμα τα σωματίδια να παίρνουν μάζα ! Η θεωρία είναι συμμετρική αλλά οι καταστάσεις δεν σέβονται την συμμετρία ! Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Οι επιταχυντές LHC και CDF θα επιβεβαιώσουν ( η όχι !) την ύπαρξη του σωματιδίου Higgs αναγκαίου συστατικού για την περιγραφή της θεωρίας Η ανακάλυψη του θα εξηγήσει γιατί η ύλη έχει μάζα αλλά δεν Θα εξηγήσει γιατί τα κουάρκς και τα λεπτόνια, και οι φορείς των ασθενών αλληλεπιδράσεων, έχουν τις μάζες που παρατηρούμε στο εργαστήριο ! ? ? Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Αναπάντητα ερωτήματα ! Υπάρχει το Higgs ? Ποιά ειναι η μάζα του ? Αν δεν υπάρχει ποιός ο μηχανισμός ρήξης της συμμετρίας και δημιουργίας της μάζας ? Γιατί τα κουαρκς και τα λεπτόνια έχουν τις μάζες που παρατηρούμε και γιατί αναμειγνύονται με τον τρόπο που παρατηρούμες στο εργαστήριο ? Τα κουαρκς και τα λεπτόνια είναι πράγματι στοιχειώδη η έχουν δομή? Υπάρχουν μόνο 3 οικογένειες από αυτά? Αν ναι γιατί ? Γιατί οι αλληλεπιδράσεις δεν είναι συμμετρικές ? ( L-R asymmetry ) Πόσα νετρίνα υπάρχουν? Γιατί αναμειγνύονται? Τι δημιουργεί την εξαιρετικά μικρή μαζα τους ? Ποιός ο μηχανισμός παραβίασης της συμμετρίας CP που δημιουργεί περισσότερη ύλη από αντιύλη ? Γιατί τα κουαρκς και τα γκλουόνια στην QCD είναι εγκλωβισμένα ? ( confinement problem ) Γιατί υπάρχουν 4 δυνάμεις? Γιατί η Βαρυτική δύναμη είναι τόσο ασθενής? Οι δυνάμεις ενοποιούνται σε μεγάλες ενέργειες ? Το πρωτόνιο είναι ευσταθές ? Γιατί η κλίμακα των ηλεκτρασθενών αλληλεπιδράσεων είναι 39 τάξεις μεγέθους μικρότερη απο την αντίστοιχη βαρυτική ( κλιμακα Planck ) ? Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Οι τιμές των παραμέτρων και των μαζών μπορούν να προβλεφθούν στα πλαίσια μιάς θεμελειώδους θεωρίας που ενοποιεί όλες τις δυνάμεις της Φύσης ? Γιατί οι χωροχρονικές διαστάσεις είναι 4 ? Υπάρχουν πρόσθετες διαστάσεις ? Ποιά είναι η φύση της Σκοτεινής Υλης ? Γιατί η Κοσμολογική σταθερά είναι τόσο μικρή ? Ποιά είναι η φύση της Σκοτεινής Ενέργειας ? ... Η έρευνα «Περα απο το Καθιερωμένο Πρότυπο» ( Beyond the Standard Model ) έχει αντικείμενο τα θεμελειώδη αυτά ερωτήματα Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Beyond the Standard Model ( BSM ) Μέσα δεκαετίας 1970 : GUTs : Ενοποιημένα πρότυπα SU(5), SO(10), E6,… Ενοποιημένη περιγραφή των ηλεκτρασθενών με τις Ισχυρές δυνάμεις Οι δυνάμεις ενοποιούνται σε κλίμακες GeV ! Το πρωτόνιο ασταθές με χρόνο ζωής τ = χρόνια ! Η ηλεκτρασθενής γωνία ανάμειξης sinθ = 0.48 ! Ο βαρυονικός Β και ο λεπτονικός αριθμός L παραβιάζονται ! B-L, μάζες νετρίνων ... Οι σταθερές ζεύξης των τριών δυνάμεων ενοποιούνται σε μεγάλες ενεργειακές κλίμακες Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Ο χρόνος ζωής του πρωτονίου πολύ μεγαλύτερος τ > χρόνια ! Η ηλεκτρασθενής κλίμακα 13 τάξεις μεγέθους μικρότερη από την κλίμακα ενοποίησης ( Πρόβλημα Ιεραρχίας κλιμάκων ) ! Η κλίμακα ενοποίησης κοντά στην κλίμακα Planck, οι βαρυτικές δυνάμεις σημαντικές σε αυτές τις ενέργειες ! Τα GUTs έδωσαν το πλαίσιο περιγραφής της εξέλιξης του Σύμπαντος και έδειξαν τον δρόμο για την ανάπτυξη νέων ιδεών ! Ο επιταχυντής LHC θα διερευνήσει την νέα φυσική και θα μας φέρει πιο κοντά στις αρχέγονες στιγμές του Σύμπαντος ! Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο ΥΠΕΡΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ! Προβλέπει νέα συστατικά ύλης που αν υπάρχουν θα ανιχνευθούν στους νέους επιταχυντές. Κάποια είναι και υποψήφιοι για την ερμηνεία της Σκοτεινής Υλης ( WIMP ) ? ΥΠΕΡΒΑΡΥΤΗΤΑ ! Η υπερσυμμετρική εκδοχή στα πλαίσια της οποίας η ενοποίηση με την βαρύτητα είναι εφικτή. Πιστεύεται ότι είναι η χαμηλοενεργειακή εκδήλωση της θεωρίας των Χορδών. Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο ΘΕΩΡΙΑ ΧΟΡΔΩΝ ! Πλαίσιο ενοποιημένης περιγραφής όλων των δυνάμεων της φύσης. Τα σωματίδια είναι διεγέρσεις χορδών διαστάσεων cm ! Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Υπάρχουν διάφορα μοντέλλα Χορδών που συνδέονται μεταξύ τους με δυικές συμμετρίες. Πιστεύεται ότι αυτά τα μοντέλλα είναι εκδηλώσεις μιάς και μοναδικής θεωρίας των πάντων ( ΤΟΕ) , της Θεωρίας – Μ Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Οι θεωρίες των Χορδών είναι συνεπείς αν οι χωροχρονικές διαστάσεις είναι 10 ! Καποιες από αυτές ενδεχόμενα να αποκαλυφθούν στο εργαστήριο (LHC ?) αν η διάσταση τους είναι «μεγάλη», L = 1 / TeV ! Μεγάλες πρόσθετες διαστάσεις εξηγούν γιατί η βαρύτητα είναι πολύ ασθενής σε κλίμακες > 1 mm ! Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Από τις Χορδές στις Μεμβράνες  Ανοικτές , Κλειστές Χορδές : Θεμελειώδη κβάντα της θεωρίας Χορδών  Μεμβράνες ( D – branes ) : Διεγέρσεις σολιτονικού τύπου ( Δεν συνεισφέρουν για ενέργειες Ε < Μstring ) Polchinski 1995 : Θεωρίες βαθμίδας περιγράφονται από ανοικτές χορδές με τα άκρα τους επάνω στις μεμβράνες, Η βαρύτητα περιγράφεται από κλειστές Χορδές και μεταδίδεται εκτός μεμβράνης Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο  Νέο πλαίσιο περιγραφής της Σωματιδιακής Φυσικής και της Κοσμολογίας  Νέες ιδέες στην κατανόηση της Φυσικής την μελανών Οπών (ΒΗ) Οι ΒΗ ακτινοβολούν ( Hawking ): Θερμοκρασία Hawking : Εντροπία ΒΗ : Ακτίνα Schwarzchild, επιφάνεια ορίζοντα ΒΗ : Bekenstein entropy ! Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο D – branes περιγράφουν μελανές οπές για ισχυρές ζεύξεις ! Αριθμός μικροκαταστάσεων D-branes φορτίου Q Επιφάνεια ορίζοντα ! Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Αρχή δημιουργίας BSM physics SM Οι επιταχυντές είναι μηχανές του Χρόνου ! Παρόν Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Κοσμολογία Χορδών Μετάδοση της παραβίασης της Υπερσυμμετρίας σε προτυπα μεμβρανών σε D > 4 χωροχρονικές διαστάσεις Μελέτη Υπερσυμμετρικής Σκοτεινής Υλης και Σκοτεινής Ενέργειας Υπερσυμμετρικά πρότυπα με παραβίαση της συμμετρίας CP Υπερσυμμετρικά ενοποιημένα πρότυπα ( SUSY-GUTs ) Φαινομενολογική μελέτη υπερσυμμετρικών προτύπων Χορδές, Θεωρία Μεμβρανών μελέτη Μελανών Οπών … Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο

Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο Ευχαριστώ Σκέδαση ανοικτών Χορδών Α. Λαχανάς Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο