About the Higgs boson (On June 2012)
Naples, June 14, 2012
Riccardo BarbieriSNS and INFN, Pisa
Majorana Lectures
giovedì 14 giugno 2012
Il modello di Higgs del Modello Standard
Soluzioni di minima energia:
φT = (φ1(x),φ2(x),φ3(x),φ4(x)) x = (x, t)
V (φ) = −µ2|φ|2 +λ
2(|φ|2)2
|φ|2 = φ21 + φ2
2 + φ23 + φ2
4
φ→ R(4)φ
| < φ > |2 = Σi(φ0i )
2 = v2 =µ2
λ< φi >= φ0
i
dell’elettromagnetismo e’ intatta ⇒ la carica elettrica e’ conservata1 - Esiste una simmetria residua intatta: la simmetria R(3)
2 - La degenerazione del “vuoto” e’ descritta da 3 angoli (6-3)θi
3 - Delle 4 particelle che corrispondono alle vibrazioni quantistiche
la quarta, il bosone di Higgs ha massa mh = λv del campo , tre (i ) “spariscono” dallo spettro, mentreθiφ
E =12Σi[(
dφi
dt)2 + (∇φi)2] + V (φ)
W±, Z
giovedì 14 giugno 2012
Interpretazione fisica: Una condensazione di BE di particellescalari, che riempie tutto lo spazio in una configurazione costante, lo stato di minima energia del sistema
Rottura spontanea della simmetria ElettroDebole
Conseguenze fisiche:
L (EWSB) = |Dµφ|2−V (φ)
⇒ L’elettromagnetismo e le interazioni deboli sono distinti
SU(2)× U(1)⇒ U(1)em
⇒ Viaggiando in questo mezzo, i “bosoni intermedi” e i fermioni acquistano massa
⇒ Nel Modello “minimo”, con 4 campi scalari per partire,esiste una particella scalare, il “bosone di Higgs”, conaccoppiamenti ai bosoni di gauge e ai fermionideterminati dalle masse rispettive
giovedì 14 giugno 2012
Particle Physics in one page
The gauge sector (1)
The flavor sector (2)
The EWSB sector (3)
The ν-mass sector (4)(if Majorana)
+|Dµh|2−V (h)
+NiMi jNj
L∼SM =−14
FaµνFaµν + iψ �Dψ
+ψiλi jψ jh+h.c.
Una pagina di qualche tempo fa(una pagina di qualche tempo fa!)
giovedì 14 giugno 2012
Higgs boson searches after 2011
(compiled by Gigi Rilandi)
Let’s be patient
Yes, but....
σobs − σbk
σSMAs case study, accept “125 GeV discovery”
giovedì 14 giugno 2012
Standard/Non-standard Higgs couplings (at 125 GeV)
Tree Level
Loop Level
⇒ Not an elementary particle (other parameters for LHC14 only)
⇒ mixing with other scalars
⇒ New missed final states
⇒ with new virtual particles: t,W ; t, T, ρ±,0µ , etc
E.g.: ghbb (↑↓ with SU(2) singlets, doublets or even triplets)
E.g.: h→ χDMχDM
aSM = cfSM ≈ 1L = a(
2m2W
vW+
µ W−µ +
m2Z
vZ2
µ)h + cf mf
vffh
Can have large effects, δa/a, δc/c = O(1), if new physics nearby
Leff = cγ α
πvF 2
µνh + cg αS
12πvG2
µνh cγSM = 2/9, cg
SM ≈ 1
giovedì 14 giugno 2012
Higgs widths⇒ Relative to the SM, the Higgs widths scales
get approximately modified as
≡ |a|2
where, taking into account the W loopcγ ≈ cγ − cV cγ,SM ≈ −0.8
giovedì 14 giugno 2012
Higgs rates⇒ For the total width scales asmh = 125 GeV
and, as long as dominates Higgs widthsh→ bb
giovedì 14 giugno 2012
Examples of preparatory gymnastics (at 125 GeV)
full 2011 data
Carmi, Falkowski, Kuflik, Volansky
end of 2012 projection
a
c
Azatov, Contino et al
loop effects tree level
giovedì 14 giugno 2012
Is it the SM up to very high energies?
ATLAS example forSUSY searches
Very surprising if this were the case! Nevertheless...M(TeV )
7 TeV
6≈ 1.2 TeV
(See tomorrow)
giovedì 14 giugno 2012
The SM unchanged up to very high energies
most accurate calculation to date
largest couplings Higgs self-coupling
Degrassi et al
giovedì 14 giugno 2012
A special meaning for λ≈0 at MPl?
Degrassi et alAssume SM unchanged up to MPl
Mt
Mh
Absolute stability at not quiteMPl(λ(MPl) � 0)achieved for current “best” values of andMt Mh
Speculations about possible meaning of all this not lackinggiovedì 14 giugno 2012
is possibly coupled
The Fine Tuning problem of the Fermi scale
SMδm2H
= + New
knows about ΛNPi.e. any higher physical scaleto which the Higgs boson
is possibly coupledyou name itMPl,MGUT . . .
in isolation grows like Λ2
where Λ ≡ the “cutoff”i.e. the highest scale at
which the theory is valid:a signal of the sensitivity of mH
δm2H≈ λ2
16π2Λ2
NP
The ElectroWeak scale determined by the Higgs massWhy ?G−1/2
F << ΛNP Why ?G−1/2F << G−1/2
N
giovedì 14 giugno 2012
We only know of approximate symmetries that can explain this
⇒ What are and where are they?
−−−−
}SM
h
In all explicit examples, without unwarranted cancellations,
There are infinitely many theories at short distances, that give the same physics of the
Standard Model, as long as their “low energy” spectrum coincides with the one of the SM
including the Higgs boson
Another look at the FT problem
new phenomena required at a scale not far fromΛNP mh
giovedì 14 giugno 2012
The (many) reactions to the FT problem
0. Ignore it and view the SM in isolation(if no other short distance scale, what about gravity?)
1. Cure it by symmetries: SUSY, Higgs boson as PGB
2. A new strong interaction nearby
3. A new strong interaction not so nearby: quasi-CFT
5. Warp space-time: RS
4. Saturate the UV nearby: extra-dimensions around the corner
Anything else?
6. Accept it: anthropic selection, the multiverse, 10120 the vacua of string theory
giovedì 14 giugno 2012
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