Szûzföldek a részecskefizikában

avagy R-paritássértõ bomlások keresése

a CERN LEP L3 kísérletben

Boldizsár László

MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet
1121 Budapest, Konkoly Thege M.u. 29-33.

A nagyenergiájú részecskefizika egyik legnagyobb kérdése, hogy a jelenlegi ismereteinkkel leginkább összhangban lévõ Standard Model (SM) elõrejelzésein túl létezik-e egy másfajta fizika, új részecskékkel. Ez a kérdés már csak azért is felmerül, mert úgy tûnik, hogy maga a SM nem teljes leírása a világnak, számos problémára nem kapunk választ a SM keretein belül. Nem tudjuk, hogy a fermiontömegek, vagy a Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mátrixelemek miért olyan értékûek, amilyenek; miért pont 3 részecskecsalád létezik a természetben; és miért csak a fermionok replikálódnak három családban, a bozonok miért nem; miért léteznek három színben a kvarkok, és a leptonok miért nem vesznek részt az erõs kölcsönhatásban; miért rendezõdnek a fermionok balkezes SU(2) dublettekbe és jobbkezes SU(2) szinglettekbe?... Komoly probléma, hogy a SM által jósolt és még fel nem fedezett Higgs-bozon tömege a néhany száz GeV-es tartományban kell legyen, ami egyúttal egy néhany TeV-es felsõ határt ad a SM érvényességi küszöbének.

A szuperszimmetria (SUSY) feloldja az ellentmondást az 1 TeV-nél kisebb tömegûnek várt Higgs-bozon és az egy esetleg a Planck energiaskáláig érvényes elmélet közt, kezelhetõvé téve a két energia közt feszülõ mintegy 30 nagyságrendnyi ûrt. A szuperszimmetria az egyetlen szimmetria a térelméletben, ami bozonokat és fermionokat transzformál egymásba. A minimális szuperszimmetrikus elméletben (MSSM) minden SM-beli részecskének van egy, spinben 1/2-del eltérõ szuperszimmetrikus partnere.

Az egyik legfontosabb kérdés a fenomenológikus szuperszimmetriában, egy új diszkrét szimmetria az R-paritás létezése, amely megkülönbözteti egymástól a SM-részecskéket és szuperszimmetrikus partnereiket. Ha az R-paritás megmarad, akkor a szuperszimmetrikus részecskék csak párban keletkezhetnek, és a legkönnyebb SUSY-részecske (LSP) nem bomlik el, és így elképzelhetõ, hogy ez a szuperszimmetrikus LSP adja az univerzum tömegének mintegy 90 %-át kitevõ sötét anyagot. Feltételezések szerint a foton, a Z-bozon és az elmélet által jósolt két semleges Higgs-bozon szuperszimmetrikus partnereinek keveredésébõl származó sajátállapotok az ún. neutralinók közül a legkönnyebb az LSP, ami semleges és színtelen. Azonban, ha az R-paritás sérül, akkor az LSP elbomlik, úgy, hogy közben vagy a leptonszám vagy a barionszám megmaradása is sérül.

A CERN LEP L3 kísérletében az LSP bomlásának nyomait keressük az 1995-1999 közt egyre nagyobb és nagyobb tömegközépponti energiájú ütközésekben.

Az R-paritássértést leíró legáltalánosabb mérték- és szuperszimmetria-invariáns Lagrange függvény a következõ Yukawa csatolásai alapján az LSP (a legkönnyebb neutralino) háromféleképp bomlik el; leptonikusan, szemileptonikusan vagy hadronikusan.

Az elõadás ezen kutatás jelenlegi eredmenyeirõl ad áttekintést, részletesen ismertetve a szemileptonikus bomlások esetét.