deep˜field - osaka universityhosaka/thooftpublic.pdf · gerard ‘t hooft. deep˜field. planets....

38
Title u d u u d c c d c s s t t s b t b b e e ν µ µ ν τ τ ν Osaka October 2, 2002 in the Gerard ‘t Hooft

Upload: others

Post on 24-Jan-2021

6 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • Title

    udu ud

    c cdc s

    s

    t tsb tb b

    e

    µ

    µν

    ττνOsaka

    October��2,��2002

    in the

    Gerard ‘t Hooft

  • Deep�Field

  • planets

  • atomic�nucleus

    Atomic Nucleus

    electron

    11��Fermi�� ��Angstrom100.0001��� ��cm

    10.000.000.000.000

    =

    =

    1��Angstrom�� ��1��� ��cm

    100.000.000.

    =

  • atomic�nucleusb

    Atomic Nucleus

    Proton

    NeutronQuarks

  • anti-leptons

    photon γ Leptons−µ

    eν−e

    µν

    anti-baryons

    mesonsoπππ ��������−+

    SL KKKK

    ������������ −+

    η

    baryons

    anti-Ω

    −+

    +

    ΞΞΣΣΣ

    Λ

    ������������

    ������������

    o

    o

    NP

    −Ω

    Hadrons

    21��spin =sp in�� 1=

    0spin��=

    21��spin =

    23��spin =

    1969

  • DESY, Hamburg

  • Particle detector

    atCERN

  • CERN

    SpS &

    LEP

    *����������������������������������������������������������**���������������������������������������������������������**�����������������������������������������������**������������������������������������������������������*

    *��������������������������������������**�������������������**���*

    *��������������������������������������������������������**�����������������������������������������������������**�������������������������������������������������*��*������������������������������������������*

    *�����������������������������������**����������������������������**�������������������**����������**��**��**����������**�������������������**����������������������������**�����������������������������������**������������������������������������������**�������������������������������������������������*��*�����������������������������������������������������**��������������������������������������������������������*

    *����������������������������������������������������������**���������������������������������������������������������**������������������������������������������������������**�����������������������������������������������**��������������������������������������**�������������������**����*

    *����������������������������������������������������������**���������������������������������������������������������**�����������������������������������������������**������������������������������������������������������*

    *��������������������������������������**�������������������**���*

    *��������������������������������������������������������**�����������������������������������������������������**�������������������������������������������������*��*������������������������������������������*

    *�����������������������������������**����������������������������**�������������������**����������**��**��**����������**�������������������**����������������������������**�����������������������������������**������������������������������������������**�������������������������������������������������*��*�����������������������������������������������������**��������������������������������������������������������*

    *����������������������������������������������������������**���������������������������������������������������������**������������������������������������������������������**�����������������������������������������������**��������������������������������������**�������������������**����*LHC

    (Large Hadron Collider)

  • the�forcesthe ELECTRO MAGNETIC force

    the STRONG force

    the WEAK force

    Forces:

    Known from experiment

  • Electro Magnetic Interactionbetween electrically charged particles

    by photon exchange

    photon γ

    PP PP

    PPPP

  • The Yang-Mills Field

    C.N. Yang and R.L. Mills, 1954

  • C.N. Yang and R.L. Mills, 1954

    The Yang-Mills Field

  • proton neutron

    Yang - Mills quanta

    -o

    -

    +

    o

    o+

    + o

    Yang-Mills:Electro-magnetism:

  • Anti Neutrino

    Just as planets and tennis balls,elementary particles may have ...

    Spin !

    Neutrino

    And, neutrinos only rotate in one direction !

  • MultipletsAccording to the Yang-Mills-theory

    P N

    +π oπ −π

    +A oA −A

    Nucleons

    pions

    Yang-Millsbosons

    21spin��=

    0spin��=

    1spin��=

  • St. Weinberg

    S.L. Glashow

    A. Salam

  • Weinberg��Model

    −µ−e1 ��2 RIGHTspin��=

    +WoZ−W

    γ

    1spin��=

    Weinberg’s lepton model

    Leptons Gauge bosons

    0Hspin� 0=

    Higgs

    −µ

    µνeν−e

    1 ��2 LEFTspin��=

    µ+µνeν

    e+

    1 ��2 RIGHTspin��=

    µ+e+

    1 �2 LEFTspin��=

    Anti –Leptons

  • Proton Lambda Antiproton

    Pi-plus Pi-zero

    The hadronic particles …

  • The Yang-Mills Colour Field

    Quantum Chromo Dynamics

  • Flavor changing neutral currents

    {0LK •s d

    0Zµ+

    µ−

    d

    ud s

  • The Charm proposal(Glashow, Iliopoulos, Majani)

    ud

    {0LK •s 0Z

    µ+

    µ−

    d

    s

    cs

    4��MeV8��MeV

    1500��MeV180��MeV

  • The GIM Mechanism

    {0LKs d

    0Zµ +

    d

    µ −

    µ +

    {0LKs 0Z

    µ −

    d

    s

    +

    _

    0

  • {� /J ψc

    γ e+

    e−

    c

    �� /J ψThe

    ..�����.�� /J ψ π

    ±.

  • Quark speciesquarks

    s

    udu ud d

    s s

    Antiquarks

    c c c

    u

    d

    s

    u u

    d d

    s s

    updown

    c c c charmstrange

    tb

    t tb b

    tb

    ttb b

    topbottom

    weak

    strong

  • Graviton

    Generation I Generation IIThe Standard Model

    Gauge Bosons

    0Z γW −W +

    g�������

    c cc

    Higgs

    Generation III

    b b

    tt t

    b

    τν τLeptons µµνeeν

    Quarks ud ssduu

    sd

    >>>

  • Total cross sectionsCESR

    DORIS

    PEPPETRA

    TRISTAN

    hadronse e+ − →

    e e γγ+ − →

    e e µ µ+ − + −→

  • Gravitation

    The fourth force:

    Earth

  • A brief history of the Universe

    32

    28

    26

    1

    43 19

    35 1

    5

    13

    12

    9

    5

    3

    33

    27

    8

    10

    11

    6

    1 13

    8

    10 sec 10 GeV10 sec 10 GeV10 sec 10 GeV0.0001 sec 100 GeV1 sec 1 GeV0.1 msec 100 MeV10 sec

    10 cm10 cm1 cm10 km10 km10 km0.

    10 K10 K10 K10 K10 K10 K3 101 ly

    1 ly300 keV

    15 min 30 keV10 000 yr

    K3 10 K

    10 ly

    µµ

    − −

    −−

    ⋅⋅

    7

    110 -0 4

    2 eV300 000 yr 0.35 eV10 yr

    10 ly10 ly

    20 000 K350

    100 K

    eV 3 K

    Time "Size" Energy/part. Temperature Era

    PlanckGrand UnificationInflation >>DesertQuarks + LeptonsHadronsLeptonsNucleosynthesisRadiationPlasmaMatter

  • details��COBE

  • theory�COBE

  • Utrecht University

    The End

  • spontaneous�symm�breakingSpontaneous��symmetry��breaking(Brout,��Englert,��Higgs,��Kibble,��1964)

  • e−

    e−eν

    LEFT RIGHT

    ru gu bu

    rd gd bd

    ru gu bu

    rd gd bd e−eν

    SU(3) SU(2)� U(1)Further��unification

    SU(4) SU(2)� SU(2)

    ru gu bu ru gu bu

    rd gd bd rd gd bde−eν eν

  • GUT

    GRAND��UNIFICATIONrs

    bs

    bc gcrc

    rsgs

    bs

    rcgc

    bcµ + µ −

    rsgs

    bsrcgcbc

    gcrc

    bc

    rsgs

    bsµ −µ +

    µνII µνµν

    µν

    gs

    rdgd

    bd

    bu guru

    rdgd

    bd

    rdgd

    bd

    rugu

    burugubu

    buguru rd

    gd

    bde + e +e −

    eν eνe −

    LEFT RIGHT

    I

    III

    eνeν

    rbgb

    bbrtgtbt rt

    gt

    bt

    rbgb

    bbτ + τ −

    τντν

    rbgb

    bb

    bt gt

    rtrbgb

    bb

    rtgt

    btτ + τ −

    τντν

  • eνLEFT RIGHT

    Further��unificationSU(4) SU(2) SU(2)

    ru gu bu eν ru gu bu

    SO(10)

    rd gd bde−e−

    e+rd gd bdeνru gu bu

    rd gd bd

    SO(4)�=SU(2) SU(2)

    SO(6)�=�SU(4)

    rd gd bd e+

    ru gu bu eν

  • II3��generations

    , ,u d e

    IIII , ,c s µ

    IIIIII , ,t b τ

  • Super��Symmetry-1�-½ 0���½ 1

    1������11������1

    1������11������1

    1������2������11������2������1

    1������2������1

    1������4������6������4������1

    1������11������1

    1������2������1 1������2������1

    1������4������6������4������11������4������6������4������1

    1������8����28�����56����70����56����28�����8������1

    N�=�1

    N =�2

    N =�4

    N�=�1

    N =�2

    N =�4

    N =�8

    SUSY

    SUGRA

    -2��-1½ 1½ 2 Spin��aroundz-axis