Возможные проявления новой физики частиц в космологии и ускорительных экспериментах

• Автор: Горбунов, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 281 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Феноменологически полные минимальные обобщения СМ 59 § 1 Физика модели i'MSM

1.1 Лагранжиан и параметры mMSM

1.2 Ограничения свойств стерильных нейтрино из лабора-

торных исследований и предсказаний первичного нуклеосинтеза

1.3 Распады тяжёлых нейтральных лептонов

1.4 Рождение тяжёлых нейтральных лептонов

1.5 Перспективы будущих экспериментов

§ 2 Модель хаотической инфляции с лёгким инфлатоном

2.1 Описание модели
2.2 Распады инфлатона
2.3 Инфлатон в адронных распадах
2.4 Рождение инфлатона в столкновениях частиц
2.5 Ограничения из прямых поисков и предсказания для
будущих экспериментов
2.6 Обсуждение результатов и симбиоз с моделью mMSM
§ 3 Тёмная материя и бариогенезис в инфляции Старобинского
3.1 Гравитационное рождение тёмной материи
3.2 Лептогенезис в Л2-инфляции
3.3 Обсуждение
§ 4 Инфляция на поле Хиггса
4.1 Хиггсовское поле как инфлатон
4.2 Разогрев Вселенной после инфляции на поле Хиггса .
4.3 Возможная роль неперенормируемых вкладов, появляющихся на масштабе сильной связи
Глава 2. Космология и феноменология суперсимметричных обобщений СМ
§ 1 Мнимальное обобщение СМ с дополнительным скаляром и
“расщеплённым” спектром суперпартнёров
1.1 Предварительные замечания
1.2 Описание модели
1.3 Электрослабый фазовый переход
1.4 Барионная асимметрия
1.5 Электрические дипольные моменты
1.6 Кандидаты в тёмную материю
§ 2 Лёгкое гравитино как тёплая тёмная материя
2.1 Гравитино как тёплая тёмная материя
2.2 Механизмы рождения гравитино
2.3 Результаты
§ 3 Лёгкие сголдстино
3.1 Эффективный лагранжиан сголдстино
3.2 Феноменология лёгких сголдстино
Заключение
Литература

Введение
Физика элементарных частиц предназначена в первую очередь для описания физических процессов на расстояниях порядка и меньше атомного масштаба 10"8 см. В решении этой задачи достигнут значительный прогресс. В результате скурпулёзного анализа большого набора экспериментальных данных 1 была построена Стандартная модель физики элементарных частиц (СМ). На момент написания диссертации все частицы, предсказываемые в рамках СМ, кроме одной (хиггсовский бозон), обнаружены экспериментально. Более того, недавно получены интересные данные экспериментов ATLAS [2] и CMS [3], работающих на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, далее LHC), которые можно интерпретировать как подтверждение существования и той одной частицы, бозона Хиггса. Из всех взаимодействий, описываемых СМ, лишь взаимодействия хиггсовского бозона пока не получили прямого экспериментального подтверждения. Определённую роль в решении этой проблемы должны сыграть исследования на LHC.
В основе СМ лежит математический аппарат квантовой теории поля (см. например [4, 5, 6, 7]), позволяющий описывать распространение и взаимодействие свободных элементарных частиц. В электросла-бом секторе теории (описывающем электромагнитные и слабые процессы в рамках объединённо электрослабой модели с калибровочной группой SU(2)w х U(1)y [8, 9, 10]) с использованием пертурбативных методов квантовой теории поля удаётся получить весьма точные предсказания для наблюдаемых. Абсолютный рекорд здесь принадлежит вычислению аномального магнитного дипольного момента электрона, выполненного с относительной точностью КГ11 [11]. Замечательно, что это и все та-
1См. современный статус на регулярно обновляемом сайте группы PDG [1] и в выходящих раз в
два года журнальных публикациях.

падают. После окончания инфляции ситуация изменяется: модели начинают кардинально отличаться друг от друга.
В обоих моделях скалярный потенциал после инфляции квадратичен, так что во Вселенной реализуется пылевидная стадия. Зато продолжительности этой стадии существенно различаются, что связано с различием во взаимодействии с другими полями (и в самодействии) хиггсовско-го поля и скалярона. Взаимодействие скалярона подавлено планковским масштабом, так что Вселенная успевает расшириться более чем в миллион раз, пока колеблется скаляронное поле [69]. В инфляции на поле Хиггса по мере уменьшения амплитуды скалярного поля (инфлатона) его самодействие и взаимодействие с полями материи начинают приближаться к тому виду, который есть в СМ: самодействию и взаимодействию хиггсовского поля с полями СМ. Это существенно более сильное взаимодействие, чем взаимодействие скалярона, так что до выхода на горячую стадию Вселенная успевает расшириться не более чем в тысячу раз [76]. Рождение частиц СМ и их последующий разогрев детально исследовались в работе [76] (см. также [77]). Сразу несколько различных физических явлений оказывают влияние на этот процесс, и аналитические оценки в данной ситуации позволяют определить температуру разогрева лишь с точностью до фактора три: Тген « 3 х 1013 —1014 ГэВ. Как показано в разделе § 4 1, при этом оказываются важны и перерассеяния частиц СМ, и их распады на другие частицы, и даже эффекты когерентности в рождении векторных бозонов классическим полем инфлатона.
Неопределённость в оценке температуры не влияет на утверждение о том, что разогрев в этой инфляционной модели происходит значительно раньше, чем в инфляции на скаляроне, а это важно для уточнения модельных предсказаний параметров скалярного и тензорного спектров (см. подробнее [71]). Причина в том, что на стадиях доминирования пыли