Standard model and beyond

<p>Esame orale</p>

Teoria quantistica dei campi (Fisica Teorica I + II, QCD). Consigliato per studenti di fisica delle alte energie (teorici o sperimentali) del quinto anno.

Introduzione al Modello Standard. Contenuto di campi e simmetria di gauge. Cenni storici: l'interazione di Fermi, decadimento beta, violazione di parità. Interazioni di corrente carica e correnti neutre. Lagrangiana minima di gauge, contenuto di materia e rappresentazioni del gruppo di gauge, ipercarica. Spinori a 2 componenti (cenni). I bosoni W e Z, interazioni di corrente neutra e l'angolo di Weinberg, parametri del Modello Standard al tree-level, masse dei bosoni vettori, rottura spontanea di simmetria, meccanismo di Higgs. Quantizzazione di teorie di gauge con rottura spontanea, identità di Ward e gauge fixing, bosoni di Goldstone. La Lagrangiana del Modello Standard.

Simmetrie globali del Modello Standard. Numero barionico e leptonico, cariche assiali e masse dei fermioni, simmetria di flavor. Neutrini di Majorana e rottura del numero leptonico, meccanismo see-saw. Simmetria custodiale, settore di Higgs nel limite gauge-less, Lagrangiana chirale, bosoni di Goldstone, parametro rho. Determinazione dei parametri del Modello Standard e schema elettrodebole. Correzioni adroniche ai momenti di dipolo leptonici, costante di struttura fine, relazioni di dispersione. Scattering neutrino-elettrone, accoppiamenti vettoriali e assiali del bosone Z. Scattering e+e- e correnti neutre, sezione d'urto totale e asimmetrie. Violazione di parità in fisica atomica.

Misure di precisione degli accoppiamenti della Z. Pseudo-osservabili e correzioni radiative, accoppiamenti efficaci, parametro rho e angolo di mixing effettivo. Osservabili al polo della Z: sezione d'urto totale e differenziale, asimmetrie, larghezze parziali, universalità leptonica. Correzioni radiative nel Modello Standard, calcolo del parametro rho a 1 loop, masse di Higgs e top. Test di precisione elettrodeboli: parametri di Altarelli-Barbieri, parametri obliqui e loro simmetrie. Il Modello Standard come teoria effettiva, rinormalizzazione e logaritmi infrarossi.

Fenomenologia del bosone di Higgs. Decadimenti tree-level e 1-loop, teorema di equivalenza, teoremi infrarossi. Produzione di Higgs a collisori leptonici e adronici, radiazione soffice e collineare, funzioni di splitting per vettori longitudinali e trasversi. Accoppiamenti del bosone di Higgs, teoria efficace, produzione a coppie di Higgs e accoppiamento trilineare. Divergenze soffici e collineari in teorie di gauge, logaritmi di Sudakov, definizione di jet (Sterman-Weinberg), calcolo della sezione d'urto e+e- in adroni.

Lagrangiana chirale e rottura della simmetria elettrodebole, scattering di vettori longitudinali e unitarietà. Il problema della gerarchia della scala elettrodebole e possibili soluzioni. Modelli di Higgs composto, l'Higgs come bosone di Goldstone, modelli SO(5)/SO(4), accoppiamenti del bosone di Higgs e test di precisione, il potenziale di Higgs, fine-tuning.

Il settore del sapore. Interazioni di Yukawa e simmetria di flavor, matrice CKM e suoi parametri fisici, violazione di CP, triangolo di unitarietà. Determinazioni dei parametri CKM: decadimenti semi-leptonici, fasi complesse e violazione di CP. Oscillazioni dei mesoni neutri, differenze di massa e violazione di CP. Unitarietà della matrice CKM e meccanismo GIM, determinazione della massa del charm. Hamiltoniana efficace debole, matching a 1 loop di operatori a 4 fermioni, coefficienti di Wilson, dimensione anomala e risommazione dei logaritmi. Teoria efficace per quark pesanti, QCD nel limite non-relativistico, fattori di forma (cenni).

Anomalie in teorie di gauge chirali, cancellazione delle anomalie nel Modello Standard, quantizzazione della carica, anomalie del numero barionico e leptonico, B-L. Teorie unificate: modelli SU(5) e Pati-Salam, SO(10), decadimenti del protone e altri limiti sperimentali.

• R. Barbieri, "Ten Lectures on the Electroweak Interactions" (Edizioni SNS).
• Donoghue, Golowich, Holstein, "Dynamics of the Standard Model" (Cambridge).
• K. Matchev, "TASI lectures on precision electroweak physics", hep-ph/0402031.
• Z. Ligeti, "TASI lectures on flavor physics", arXiv:1502.01372.
• A. J. Buras, "Weak Hamiltonian, CP violation and rare decays", hep-ph/9806471.
• R. Contino, "The Higgs as a composite Nambu-Goldstone Higgs", arXiv:1005.4269.
• G. Panico, A. Wulzer, "The composite Nambu-Golstone Higgs", arXiv:1506.01961.
• Y. Grossman, Y. Nir, "The Standard Model: from fundamental symmetries to experimental tests" (Princeton).
• A. V. Manohar, "Effective Field Theories", hep-ph/9606222.
• Articoli scientifici discussi durante il corso.