Astroparticules et collisionneurs au delà du MS La structure du projet Recherches proposées...et en cours Visiteurs et CDD Conclusions CF théorie, Paris,

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1 Astroparticules et collisionneurs au delà du MS La structure du projet Recherches proposées...et en cours Visiteurs et CDD Conclusions CF théorie, Paris, CNRS-IN2P3 20 février 2009

2 Structure du projet 4 laboratoires impliqués au niveau français dont 2 labos de l'IN2P3 (LPC,IPNL plus collaboration avec le CRAL et SPhT-Saclay) 6 laboratoires à l'étranger (Univ. Florence, ENS Pise, Univ. Uppsala, Univ. Valencia, Univ. Varsovie) 6 participants permanents au projet, un postdoc (ATER), un doctorant et un stagiaire de M2 dans les 3 labos porteurs du projet 12 collaborateurs dans les labos partenaires 3 sous-projets thématiquement proches liés par l'utilisation des données collisionneur, neutrino, de précision à basse énergie, matière noire et cosmologie ET par des approches théoriques communs. Compétences complémentaires nécessaires pour ce type de projet Développement des modèles théoriques (model-building), tests phénoménologiques et programmes numériques

3 Brisure dynamique et matière noire Les idées actuelles utilisées pour la brisure dynamique ont des difficultés à reproduire les observations électrofaibles et de basse énergie de précision Souvent perspective très limité sur le problème de la saveur Projet sur des théories faiblement couplées à plus de quatre dimensions, qui ont le même comportement que celui attendu des théories d’interactions fortes à quatre dimensions Par rapport à l'approche existante, rôle fort des symétries, modèles à dimensions supplémentaires très contraints et calculables, interprétation géométrique du problème de la saveur. Les masses des neutrinos et la matière sombre n’ont pas bénéficié d’études approfondies dans ce cadre Programme de A.Arbey (non public pour l'instant) pour le calcul de la densité relique

4 Nouvelle physique et leptons 1.faisceaux de neutrinos : OPERA, MINOS, T2K... (à venir: ν-beam ? superbeam ? usine à ν? ) A la recherche de: paramètres de la matrice de mélange: et δ (phase δ ↔ violation de CP leptonique) interactions “non-standards” de ν : vertex 4 pattes changeant la saveur pour f=e,u,d, et α,β=e,μ,τ. 2.collisionneurs : LHC, ILC... A la recherche de: nouvelle physique au TeV..et certains modèles donnant masses au neutrinos comportent des particules au TeV 3.expériences de précision avec les leptons chargés diagonal en saveur : (g-2), edm — on cherche une différence par rapport à la contribution du MS la saveur change: μ → e ν, Xμ→Xe, τ→l+X... — absent dans le MS 4.astroparticules et cosmologie plusieurs observations que le Modèle Standard n’explique pas (pas forcément leptonique) contraintes importantes sur les modèles au-delà du MS

5 Recherches indirectes : Saveur des quarks et cosmologie - Complémentarité entre recherche indirecte de nouvelle physique et recherche directe de nouvelles particules - nombreuses données déjà disponibles - permet de tester certains secteurs inaccessibles au LHC - guide pour l'analyse des résultats de LHC - une fois les résultats de LHC obtenus, tests de l'accord entre résultats directs et indirects - Particulièrement intéressant en Supersymétrie - les effets de Nouvelle Physique apparaissent comme des états virtuels dans les processus standards - permet d'obtenir des contraintes sévères sur les paramètres - propose un candidat matière noire - phénoménologie très riche - bien motivée théoriquement Le programme SuperIso est a notre disposition pour ce genre d'études

6 Projets en cours

7 Resonances proches aux collisionneurs L'approche à la Breit-Wigner n'est pas adaptée au cas des résonances proches qui ont des canaux de désintégration communs; important dans les cas des modèles Higgsless avec 2 Z' par exemple. Plots of the cross section (in arbitrary units) for the naive Breit-Wigner (blue-dashed) and exact mixing (red-solid). The mass of the first resonance is fixed to 400 GeV, the splitting respectively 50, 25, 10 and 5 GeV.

8 Matière sombre sur le plan projectif Modèle à 6 dimensions M4xRP2 (plan projectif réel) Géométrie déterminée par la symétrie et la demande de fermions chiraux 4D sans perte de symétrie Pas de bords, pas de termes de brisure de Lorentz explicites Matière sombre « de Lorentz » (LLP, Lightest Lorentz Particle) Possibilité d'écrire un modèle UED ou warped Constante cosmologique....

9 Saveurs leptoniques 1.Peut-on découvrir la violation de CP d’origine leptonique, dans des asymétries (LR,FB) aux expériences de violation de saveur leptonique? L’observation de (par ex) Xμ→Xe implique des nouvelle particules au TeV, avec possibilité de couplages CP. Peut-on definir et identifier la “CP leptonique” en combinant les edm et les observables CP des processus changeant la saveur ? 2.Différents modèles (ex: SUSY et dim supp) peuvent laissez des traces semblables au LHC. En quel mesure les données de précisions sont-elles utiles pour trier ces modèles? Par ex : des modèles dim supp et SUSY, qui donnent la même chaine de désintégration au LHC, sont-ils les deux en accord avec g-2? 3. La physique responsable des Interactions Non-Standard (INS) entre 2 quarks et deux neutrinos pourrait-elle apparaitre à une usine à ν sans être vu au LHC/ILC? INS observable a un ν-Fact → borne inférieure sur coefficient de l’opérateur INS → borne supérieure ~ TeV sur la masse des nouvelles particules responsables des INS...LHC ?

10 SuperIso : - rapport de branchement inclusif de B -> Xs gamma a l'ordre NNLO - asymétrie d'isospin de B -> K* gamma a l'ordre NLO - rapport de branchement BR(Bs -> mu+ mu-) - rapport de branchement BR(B-> tau nu) - rapport de branchement BR(B -> D tau nu) et le rapport BR(B -> D tau nu)/BR(B -> D e nu) - rapports BR(K -> mu nu)/BR(pi -> mu nu) et Rl23 - rapports de branchement BR(Ds -> tau nu) et BR(Ds -> mu nu) - moment magnétique du muon (g-2) Modèles déjà implémentés : MSSM, NMSSM sans violation des saveurs Possibilités d'extension vers d'autres modèles Etudes envisagées : - études des contraintes des saveurs dans différents modèles - mise en place de paramétrages généraux pour guider les expérimentateurs - focalisation sur les potentialités de découverte des canaux de physique étudiés au LHC - discrimination des modèles

11 Matière noire et contraintes indirectes - Extension de SuperIso vers le calcul de densité relique - Résultats a priori très contraignant sur les paramètres supersymétriques Etudes envisagées : - étude des incertitudes cosmologiques - tests de validité de ces contraintes - effets des ordres supérieurs dans les calculs - études de différents modèles

12 Demande Visiteur Invitation de 3 mois (niveau DR) du Prof. Dmitri Kazakov du Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics (Dubna) pour un projet sur l'étude des théories effectives pour décrire le domaine d'énergie autour du TeV Demande CDD Le CDD va s'intégrer dans notre équipe sur ces projets qui combinent l'expertise en phénoménologie sur les données disponibles ou attendues et la propositions de nouveaux modèles pour comprendre et expliquer les signaux de physique au-delà du Modèle Standard. Manpower nécessaire pour intégrer nos programmes numériques entre eux et aussi pour fournir des codes publiques. « Patch » sur les Montecarlos actuels pour les résonances proches ou nouveau Montecarlo

13 Financement des projets 8000 euros par an pour 9 participants français et un nombre comparable de collaborateurs à répartir entre : Visites de collaboration entre les laboratoires partenaires du projet (IPNL, CRAL, LPC), les collaborateurs et le CERN Mise en place d'un groupe de travail commun aux trois laboratoires pour faire un bilan de l'avancement des projets tous les 3-4 mois Visites des collaborateurs étranger (participation partielle aux frais) Participation aux ateliers thématiques Présentations aux groupes de travail expérimentaux au CERN (CMS, ATLAS) Présentations des résultats aux conférences Formation des étudiants et des PostDocs