A propos du futur · 2019. 11. 4. · N. Varelas, M. Wobisch, W.M. Yao, C.P. Yuan, and G....
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∞ About the Future(s) A propos du futur Que savons-nous et comment savons-nous ce que (nous pensons que) nous savons ? • Le Modèle Standard (MS) de la Physique des Particules dans un battement de cil. • Les paramètres libres: un statut expérimental. • Les limitations (inéchappables) du MS et les questions fondamentales. • Comment y répondre ? Une revue subjective des projets sur la table. 1
Transcript of A propos du futur · 2019. 11. 4. · N. Varelas, M. Wobisch, W.M. Yao, C.P. Yuan, and G....
∞About the Future(s)
A propos du futur
Que savons-nous et comment savons-nous ce que (nous pensons que) nous savons ?
• Le Modèle Standard (MS) de la Physique des Particules dans un battement de cil.
• Les paramètres libres: un statut expérimental.
• Les limitations (inéchappables) du MS et les questions fondamentales.
• Comment y répondre ? Une revue subjective des projets sur la table.
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∞About the Future(s)
A propos du futur
Que savons-nous et comment savons-nous ce que (nous pensons que) nous savons ?
• Le Modèle Standard (MS) de la Physique des Particules dans un battement de cil.
• Les paramètres libres: un statut expérimental.
• Les limitations (inéchappables) du MS et les questions fondamentales.
• Comment y répondre ? Une revue subjective des projets sur la table.
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∞About the Future(s)
A propos du futur — Le Modèle Standard
Le MS par ses paramètres libres:
• L’unification électrofaible U(2)L⊗U(1)Y:
• Les constantes de couplage faible et électromag. GF /gW et αEM.
• Après la brisure spontanée de la symétrie:
• Les neuf masses des fermions: mf .
• Les masses des médiateurs électrofaibles: mZ et mW .
• Les paramètres du scalaire
v (the v.e.v) et mH .
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Le MS par ses paramètres libres:
• La matrice de transition des quarks Cabibbo-Kobayashi-Maskwa: 3X3 complexe et unitaire, 4 paramètres indépendents suffisent à la décrire. Comme les masses des fermions (à part le top ! ), ces 4 paramètres sont découplés du reste de la théorie.
• Si vous aimez QCD— interaction forte, rajoutez juste la constante de
couplage αS (and θSCP ).
• Les oscillations de neutrinos impliquent en mécanique quantique qu’ils soient massifs. Zut, comme les quarks ils doivent se mélanger → 7 paramètres pour les décrire au minimum.
• Le nombre de paramètres libres indépendants (qui doivent être mesurés pour faire des prédictions est 20 (28 avec les neutrinos et la phase forte CP).
∞About the Future(s) 4
A propos du futur — Le Modèle Standard
∞About the Future(s)
A propos du futur
Que savons-nous et comment savons-nous ce que (nous pensons que) nous savons ?
• Le Modèle Standard (MS) de la Physique des Particules dans un battement de cil.
• Les paramètres libres: un statut expérimental.
• Les limitations (inéchappables) du MS et les questions fondamentales.
• Comment y répondre ? Une revue subjective des projets sur la table.
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∞About the Future(s)
A propos du futur — Interaction forte et QCD
Réorganisation:
• QCD et αS : LEP et les autres ont beaucoup fait. La limitation du test de cohérence est partagée entre théorie et expérience.
9. Quantum chromodynamics 39
reasonably stable world average value of αs(M2Z), as well as a clear signature and proof of
the energy dependence of αs, in full agreement with the QCD prediction of AsymptoticFreedom. This is demonstrated in Fig. 9.3, where results of αs(Q2) obtained at discreteenergy scales Q, now also including those based just on NLO QCD, are summarized.Thanks to the results from the Tevatron and from the LHC, the energy scales at whichαs is determined now extend up to more than 1 TeV♦.
QCD αs(Mz) = 0.1181 ± 0.0013
pp –> jetse.w. precision fits (NNLO)
0.1
0.2
0.3
αs (Q2)
1 10 100Q [GeV]
Heavy Quarkonia (NLO)
e+e– jets & shapes (res. NNLO)
DIS jets (NLO)
October 2015
τ decays (N3LO)
1000
(NLO
pp –> tt (NNLO)
)(–)
Figure 9.3: Summary of measurements of αs as a function of the energy scale Q.The respective degree of QCD perturbation theory used in the extraction of αs isindicated in brackets (NLO: next-to-leading order; NNLO: next-to-next-to leadingorder; res. NNLO: NNLO matched with resummed next-to-leading logs; N3LO:next-to-NNLO).
9.5. Acknowledgments
We are grateful to J.-F. Arguin, G. Altarelli, J. Butterworth, M. Cacciari, L. delDebbio, D. d’Enterria, P. Gambino, C. Glasman Kuguel, N. Glover, M. Grazzini, A.Kronfeld, K. Kousouris, M. Luscher, M. d’Onofrio, S. Sharpe, G. Sterman, D. Treille,N. Varelas, M. Wobisch, W.M. Yao, C.P. Yuan, and G. Zanderighi for discussions,suggestions and comments on this and earlier versions of this Review.
♦ We note, however, that in many such studies, like those based on exclusive states ofjet multiplicities, the relevant energy scale of the measurement is not uniquely defined.For instance, in studies of the ratio of 3- to 2-jet cross sections at the LHC, the relevantscale was taken to be the average of the transverse momenta of the two leading jets [379],but could alternatively have been chosen to be the transverse momentum of the 3rd jet.
February 10, 2016 16:30
36 9. Quantum chromodynamics
τ-decays
latticestru
cture
fun
ction
se+
e- an
nih
ilation
hadron collider
electroweakprecision fits
Baikov
ABMBBGJR
MMHT
NNPDF
Davier
PichBoitoSM review
HPQCD (Wilson loops)
HPQCD (c-c correlators)
Maltmann (Wilson loops)
JLQCD (Adler functions)
Dissertori (3j)
JADE (3j)
DW (T)
Abbate (T)
Gehrm. (T)
CMS (tt cross section)
GFitter
Hoang (C)
JADE(j&s)
OPAL(j&s)
ALEPH (jets&shapes)
PACS-CS (vac. pol. fctns.)
ETM (ghost-gluon vertex)
BBGPSV (static energy)
Figure 9.2: Summary of determinations of αs(M2Z) from the six sub-fields
discussed in the text. The yellow (light shaded) bands and dashed lines indicate thepre-average values of each sub-field. The dotted line and grey (dark shaded) bandrepresent the final world average value of αs(M2
Z).
whereby the dominating contributions to the overall error are experimental (+0.0017−0.0018), from
parton density functions (+0.0013−0.0011) and the value of the top quark pole mass (±0.0013).
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∞About the Future(s)
A propos du futur — Z and W dévoilent les mystères des HE
Réorganisation:
• Les neuf masses fermions: mf .
• 8 ozone découplés du reste de la théorie
• NRien à faire pour eux jusqu’au moment où quelqu’un vient avec une prédiction.
• Le quark top est un cas à part parce qu’il contribue aux corrections quantiques de as façon dominante
Top dominates. Mostly sensitive to m2
t
Non abelian structure of the EW theory. TGC.
Scalar sector. Contains Higgs mass info.
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∞About the Future(s)
A propos du futur — Z and W dévoilent les mystères des HE
Réorganisation:
• Fixez GF , αEM and mZ à leur valeur mesurée et produisez une prédiction de mtop , mW and mH. Un succès conceptuel et expérimental fabuleux ! Nobel 1999 et Nobel 2013.
80.3
80.4
80.5
10 102
103
mH [GeV]m
W [
GeV
]
Excluded
High Q2 except mW/ΓW68% CL
mW (LEP2, Tevatron)
March 2012
160
180
200
10 102
103
mH [GeV]
mt [G
eV]
Excluded
High Q2 except mt68% CL
mt (Tevatron)
March 2012
80.3
80.4
80.5
150 175 200
mH [GeV]114 300 1000
mt [GeV]
mW
[G
eV]
68% CL
Δα
LEP1 and SLDLEP2 and Tevatron (prel.)
July 2010
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∞About the Future(s)
A propos du futur — quarks et mélange des quarks
Réorganisation:
• Pareil pour la matrice CKM ! Nobel 2008.
�0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
�
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5excluded area has CL > 0.95
By Stephane
CKMl i v e CPV and CPC F Obs
EPS15
© A. Claude et al.
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∞About the Future(s)
A propos du futur —Les piliers
Recap:
• Deux piliers: EWPT et les Saveurs.
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∞About the Future(s)
A propos du futur —Les piliers
Recap:
• Deux piliers: EWPT et les Saveurs.
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∞About the Future(s)
A propos du futur —Les piliers
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Recap:
• Deux piliers: EWPT et les Saveurs.
∞About the Future(s)
A propos du futur
Que savons-nous et comment savons-nous ce que (nous pensons que) nous savons ?
• Le Modèle Standard (MS) de la Physique des Particules dans un battement de cil.
• Les paramètres libres: un statut expérimental.
• Les limitations (inéchappables) du MS et les questions fondamentales.
• Comment y répondre ? Une revue subjective des projets sur la table.
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∞About the Future(s)
• Le MS a effacé toutes les tentatives de destruction des machines de physique des particules: LEP, TeVatron, B-factories, LHC et les (plus) petites manips dédiées. and single-observables experiments.
• Il y a des arguments théoriques et esthétiques qui militent pour une Physique au-delà du MS. Sébastien en a dit deux mots. Je les néglige.
• A la place, j’avance trois arguments qui réclament une Physique au-delà du MS:
• Les neutrinos ont une masse. Il existe plusieurs approches théoriques pour en rendre compte mais on a très envie de rajouter des particules élémentaires.
• La matière sombre: dernière évidence en date, l’observation d’une galaxie très peu brillante [ArXiv:1606.06291].
• L’asymétrie baryonique dans l’Univers.
• On avait ces questions avant la découverte du Higgs ! On les a après ! Notre problème, c’est de découvrir l’échelle d’énergie → PRECISION.
A propos du futur — les leçons
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∞About the Future(s)
A propos du futur
Que savons-nous et comment savons-nous ce que (nous pensons que) nous savons ?
• Le Modèle Standard (MS) de la Physique des Particules dans un battement de cil.
• Les paramètres libres: un statut expérimental.
• Les limitations (inéchappables) du MS et les questions fondamentales.
• Comment y répondre ? Une revue subjective des projets sur la table.
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∞About the Future(s)
LHC Run II
2015 - 20 /fb 2021 - 50 /fb 2025 - 300 /fb 2038 - 3000 /fb
Legend and disclaimer:
• on track or running• foreseen projects • timeline, lumi, omissions are mine.
LHC Run I LHC Run III HL-LHC
A propos du futur — les échelles de temps connues
∞About the Future(s)
LHC(b) LHC(b) upgrade(s) Beyond LHCb FCC injectors & FCC-pp
2019 - 8 /fb ~2025 - 50 /fb 2038 - 300 /fb 5000 /fb
Belle II FCC-ee
2025 - 50 /ab 2035 - 150 /ab
Comet - Meg & friends.
KOTO - NA62 ...
Legend and disclaimer:
• on track or running• foreseen projects • timeline, lumi, omissions are mine.
A propos du futur — les échelles de temps souhaitables
∞About the Future(s)
A propos du futur — les échelles de temps précédentes
1964 Electroweak unification
Neutral current discovery in 1973 by Gargamelle (CERN).
1979 Glashow, Salam and Weinberg get the Nobel.
1971 EW loops and RN
Top quark mass predicted by LEP, CERN (from MZ and other EWPO).
Top quark discovered by CDF, FNAL.
1999 t’Hooft and Veltman get the Nobel.
1964 Fundamental Scalar
Higgs boson mass cornered by LEP (EWPO) and Tevatron (top and W mass).
An alike Higgs boson discovered where said at LHC.
2013 Englert and Higgs get the Nobel.
1973 CP violation
The B-factories establish that the KM paradigm is the dominant source of CP violation in K and B particle systems.
2008 Kobayashi and Maskawa get the Nobel.
∞About the Future(s)
My favourite thing
A propos du futur —
∞About the Future(s)
Collaboration internationale (hébergée par le CERN) pour étudier:
• Collisionneur 100 TeV pp: projet à long terme, qui définit les infrastructures.
• Collisionneur e+e- collider
(FCC-ee) en première étape
• p-e (FCC-he) comme option.
• Infrastructure100 km près de Genève.
• Conceptual design report et revue de coût pour la prochaine stratégie européenne → 2019 / 2020.
A propos du futur —
∞About the Future(s)
• Les études d’ingénierie civile sont bien avancées.
• Challenges: • 7.8 km de tunnel au travers du calcaire du Jura. • La profondeur des cavernes.
© C.Cook
A propos du futur —
∞About the Future(s)
A propos du futur —Un projet de Science de 70 ans
19Future Circular Collider StudyMichael BenediktPhysics at FCC, 4 March 2019
FCC-ee cost estimate
FCC-ee (Z, W, H, t): capital cost per domain
Civil Engineering 5400 MCHF, 47% Technical Infrastructure 2200 MCHF, 19%
Machine & injector 4000 MCHF, 34%
FCC-ee (Z, W, H): capital cost per domain
Civil Engineering 5400 MCHF, 51% Technical Infrastructure 2000 MCHF, 19%
Machine & injector 3100 MCHF, 30%
Total construction cost phase1 (Z, W, H) amounts to 10,500 MCHF- 5,400 MCHF for civil engineering (51%)- 2,000 MCHF for technical infrastructure (19%)- 3,100 MCHF accelerator and injector (20%)
Complement cost for phase2 (tt) amounts to 1,100 MCHF- 900 MCHF for RF, 200 MCHF for associated technical infrastructure
∞About the Future(s)
A propos du futur —Un projet de Science de 70 ans
C’est le moment de prévoir le futur et de conserver le rôle premier de l’Europe dans ce champ scientifique !
