Topics in Physics Beyond the Standard Model
Prerequisiti
Buona conoscenza della teoria dei campi
Programma
Introduzione generale al corso: problema della costante cosmologica, problema della gerarchia elettrodebole, materia oscura
Introduzione alla cosmologia: universi omogenei e isotropi, metrica FRW, equazioni di Friedmann, tensore del energia-impulso per materia e radiazione, soluzione delle equazioni di Friedmann, costante cosmologica, universo di de Sitter universo. Breve storia dell'Universo: BBN, CMB, formazione delle strutture. Problemi dell'orizzonte e della curvatura.
L’inflazione come soluzione ai problemi dell’orizzonte e della curvatura – Dinamica classica dell’inflazione da un singolo campo scalare – anteprima degli effetti quantistici durante l’inflazione (fluttuazioni quantistiche, funzioni a due punti, stima delle funzioni a due punti dall’analisi dimensionale) – trattazione generale delle perturbazioni cosmologiche: simmetrie del problema e loro conseguenze, ridondanza di gauge della Relatività Generale e quantità invarianti di gauge.
Calcolo delle fluttuazioni quantistiche durante l'inflazione – Numero minimo di e-fold per risolvere il problema dell'orizzonte e della curvatura – Osservabili nella CMB
Introduzione alle teorie di campo efficaci – Analisi dimensionale e regole di selezione delle simmetrie rotte del MS – Enunciazione precisa dei problemi della gerarchia (costante cosmologica e massa del bosone di Higgs) – Simmetrie e problemi della gerarchia – Introduzione alla supersimmetria – Higgs e costante cosmologica nella supersimmetria
Vincoli diretti e indiretti sulle soluzioni dei problemi della gerarchia – Introduzione ai landscape – Soluzione di Abbott al problema della costante cosmologica (CC) – Spiegazione del relaxion della massa dell'Higgs
Maggiori informazioni sul relaxion - introduzione alle a 2- e 3-forme - Soluzione di Brown-Teitelboim al problema della CC - Soluzione Bousso-Polchinski al problema della CC - Multiverso - Argomento di Weinberg - Soluzioni antropiche al problema della CC
Meccanismi di selezione dinamica della massa dell'Higgs – Invarianza di scala per Higgs e costante cosmologica – Simmetria e Landscape, filosofia generale e split SUSY.
Termodinamica in un universo in espansione – distribuzioni di equilibrio dal principio di massima entropia – Particelle relativistiche e non relativistiche – Equazione di Boltzmann.
Materia oscura WIMP (Weakly Interactive Massive Particle) - modelli di produzione di materia oscura termica oltre alle WIMP
Vincoli generali sulla materia oscura termica: limiti di Neff, struttura su piccole scale – produzione di materia oscura ultraleggera
Angolo theta della QCD – calcolo nella teoria delle perturbazioni chirali delle masse dei pioni e dell'EDM dei neutroni con un angolo theta – strong CP problem – soluzioni (mu=0, P, CP, assione) – potenziale assionico – cosmologia assionica – assione come materia oscura
Simmetrie approssimative dell'inflazione - invarianza conforme - simmetrie dei correlatori inflazionari - Formalismo In-In per correlatori cosmologici – Impronte sulle non gaussianità di particelle massicce durante l'inflazione (fisica del "cosmological collider")
Obiettivi formativi
Alla fine del corso gli studenti saranno in grado di capire tre dei più importanti problemi aperti in fisica delle particelle (il problema della costante cosmologica, della massa del bosone di Higgs e della natura microscopica della materia oscura) e avranno un quadro delle loro principali soluzioni.