Başka Boyutlar Arayışı-2:

Transkript

1 Başka Boyutlar Arayışı-2: Ekstra Boyutların bir Sınıflandırması, Gözlenebilirlikleri ve Standart Birleştirme Teorilerinde Enerji Ölçekleri K. O. Ozansoy, Ankara Üniversitesi Fizik Bölümü

2 İçerik 1. Özet 2. Ekstra Boyutlu Modellerin bir Sınıflandırması Evrensel ekstra boyutlar Gravitasyona özgü ekstra boyutlar: D(irichlet)- zarları, ADD ve RS modelleri 3. Ekstra Boyutların Sınırları Yüksek enerji fiziği sınırları Ters-kare kuvvet yasası sınırları Astrofizik ve kozmoloji sınırları 4. Standart Birleştirme Teorilerinde Enerji Ölçeği Büyük birleşik teori ölçeği Planck ölçeği Sicim ölçeği 5. Tartışmalar -2 Ankara YEF Seminerleri-07 2

3 Ankara YEF Seminerleri-07 3

4 Ankara YEF Seminerleri-07 4

5 2. Ekstra Boyutların bir Sınıflandırması 2.1. Evrensel Ekstra Boyutlar Her bir alan için sonsuz bir Kaluza-Klein kulesi var: Elektronun Kaluza- Klein kulesi Fotonun Kaluza- Klein Kulesi Kuarkların Kaluza- Klein kulesi, Bilinen parçacıklar bu kulelerin taban durumlarına karşılık geliyorlar! Kuledeki her bir durum taban durumu ile aynı kuantum sayılarına sahip Ankara YEF Seminerleri-07 5

6 2.2. Gravitasyona Özgü Ekstra Boyutlar Graviton-bulk Graviton bulk içinde özgürce hareket edebilir Bilinen tüm parçacıklar bir D3-zarına hapis edilmiş! Bilinen parçacıkların ve ayar kuvvetlerinin ekstra boyutlara kaçmalarına izin verilmeyen sadece gravitasyonun ekstra boyutlara geçmesine izin verilen gravitasyona özgü ekstra boyutlar ADD türü ekstra boyutlar RS türü kıvrılmış ekstra boyutlar Ankara YEF Seminerleri-07 6

7 A D D Nima Arkani-Hamed(1972), İran asıllı Kanadalı fizikçi, Harvard Savas Dimopoulos, Yunanlı fizikçi, Stanford Georgi Dvali(1964), Gürcistanlı fizikçi,nyu Bilinen parçacıklar bir D3-zara hapsedilmişler, sadece graviton bulk içinde özgürce hareket edebilir. Ekstra boyutlar kompakt. Arkani-Hamed, Dimopoulos, Dvali, THE HIERARCHY PROBLEM AND NEW DIMENSIONS AT A MILLIMETER Phys. Lett B (bugüne kadar 3085 atıf) Antoniadis, N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos, and G. Dvali, "New Dimensions at a Millimeter to a Fermi and Superstrings at a TeV," Phys. Lett. B 436, 57 (1998). hep-ph (2338 atıf) N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos, and G. Dvali, "Phenomenology, Astrophysics and Cosmology of Theories with Sub-Millimeter Ankara YEF Seminerleri-07 7 Dimensions and TeV Scale Quantum Gravity," Phys. Rev D 59, (1999). hep-ph (1459 atıf)

8 Ankara YEF Seminerleri-07 8

9 R S Lisa Randall(1962), Amerikalı Fizikçi, Harvard Raman Sundrum, Amerikalı fizikçi, JohnHopkins L. Randall and R. Sundrum, "A Large Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension," Phys.Rev.Lett (1999) (bugüne kadar 3255 atıf) L. Randall and R. Sundrum, "An Alternative to Compactification," Phys.Rev.Lett (1999) (3021 atıf) Ankara YEF Seminerleri-07 9

10 Ankara YEF Seminerleri-07 10

11 3. Ekstra Boyutların Sınırları Şu an için ekstra boyutlar hakkındaki en önemli deneysel gerçeklik: Herhangi bir türden herhangi bir ekstra boyuta dair bir kanıt henüz yok! Güncel hızlandırıcılarda m~1tev mertebesine kadar duyarlı ölçümler yapılıyor. ADD ve RS türü büyük ekstra boyutlar varsa 1TeV in üzerindeki enerjilerde gözlenebilir Bilinen parçacıklar ve ayar kuvvetleri bir 3-zara hapsedilmişse ve bulkun tümünde hareket edilmesine izin verilen tek alan graviton ise o zaman gravitasyon deneyleri ekstra boyutların araştırılmasında daha önemli olabilir. Böyle deneylerde, Newton un ters kare kuvvet yasası doğrudan(cavendish türü deneylerle) test edilebilir veya astrofizik ya da kozmoloji gözlemlerinden yararlanılabilir. Ankara YEF Seminerleri-07 11

12 Ankara YEF Seminerleri-07 12

13 n ekstra boyut kompakt Ankara YEF Seminerleri-07 13

14 Cavendish türü deneyler Ankara YEF Seminerleri-07 14

15 Bu bölge %95 Güvenilirlik Seviyesinde deneysel olarak dışarlanmış! g 1 λ= mm Ankara YEF Seminerleri-07 15

16 Hızlandırıcı Deneyleri Hızlandırıcılarda iki türlü ekstra boyut etkisi gözlenebilir: İlki, soldaki şekildeki gibi bir graviton 3-boyutlu dünya üzerinden ekstra boyutlara(megaevrene) kaçar ve ortada 3-boyutlu dünyada bir kayıp enerji gözlenir. Sağdaki etkileşmede graviton kısa süreliğine dünyayı terkeder ve hemen sonra iki fotona bozunarak dünyaya geri döner(d0 koloborasyonu) Ankara YEF Seminerleri-07 16

17 4. Standart Birleştirme Teorilerinde Enerji Ölçeği Ankara YEF Seminerleri-07 17

18 Ankara YEF Seminerleri-07 18

19 Ankara YEF Seminerleri-07 Hiyerarşi 19

20 Büyük Ekstra Boyutlar içeren modellerin çıkış noktası hiyerarşi problemine çözüm getirmektir. Büyük Birleşik Teori Enerji Ölçeğinin İndirgenmesi Vakum polarizasyonu katkıları Ankara YEF Seminerleri-07 20

21 R -1 =10 5 GeV R -1 =10 8 GeV R -1 =10 11 GeV R -1 =10 14 GeV Ankara YEF Seminerleri-07 21

22 5. Tartışma-2 Kuvvetleri birleştirebilir Newton yasası: kısa ve uzun mesafede değişebilir, gravitasyonun neden zayıf olduğunu açıklayabilir. EWSB: Higgs ile, veya Higgs olmadan, parçacıkların kütle kazanma mekanizması hakkında fikir verebilir. Fermion kütleleri: Yukawa bağlaşımları ν kütleleri/karışımlar: bulk neutrinoları GUT: SUSY GUT: yeni kozmoloji-karanlık madde adayları kozmolojikl sabit. Ref: Tao Han, Univ. of Arizona, Oct. 29, 2004, lecture notes, ve referansları Ankara YEF Seminerleri-07 22

23 Ankara YEF Seminerleri-07 23

24 Bazı Kaynaklar Arkani-Hamed, Dimopoulos, Dvali, Phys. Lett B Antoniadis, N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos, and G. Dvali, "New Dimensions at a Millimeter to a Fermi and Superstrings at a TeV," Phys. Lett. B 436, 57 (1998). hep-ph N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos, and G. Dvali, "Phenomenology, Astrophysics and Cosmology of Theories with Sub-Millimeter Dimensions and TeV Scale Quantum Gravity," Phys. Rev D 59, (1999). hepph L. Randall and R. Sundrum, Phys. Rev. Lett. 83, 3370 (1999) hep-ph/ ; Phys. Rev. Lett. 83, 4690 (1999) hep-th/ T. Appelquist, et al. Modern Kaluza-Klein Theories, 1987 K. Dienes, 2002 TASI Lectures, T. Rizzo, hep-ph/ J. Hewett, 2006 Summer School on Particle Physics at ICTP Lecture Notes Tao Han, Univ. of Arizona, Oct. 29, 2004, lecture notes R. Mohapatra, Unification and Supersymmetry (Springer 3rd ed. 2002) Teşekkürler! Ankara YEF Seminerleri-07 24

25 Çok Yakında! Başka Boyutlar Arayışı-3: Büyük Ekstra Boyutların Fenomenolojisi Ankara YEF Seminerleri-07 25