Helenka GDRLyon 2005 10 18

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Dimensions Supplémentaires Universelles (Gravity Mediated ) signal époustoufflant de 2 photons + gerbes,lepton + ET manquante GDR Dimensions Supplémentaires – Lyon – 18 octobre 2005 Mohamed ElKacimi, Universite Hassan II, Casablanca Driss Goujdami, Université Cadi Ayyad, Marrakech Helenka Przysiezniak, LAPP, Annecy mille mercis à Cosmin Macesanu pour son code (spectre de masses et de largeurs de désintégration)

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Motivations au LHC, la course sera celle de la recherche de SUSY. Si on voit quelquechose, comment saura-t-on que ce n’est pas Les dimensions supplémentaires sont une option. Le modèle qui reproduit le mieux SUSY, et qui en même temps règle pas mal de problèmes (permet l’unification des couplages de jauge, fournit un nouveau mécanisme pour la brisure de symétrie au TeV, reproduit la hiérarchie des masses des fermions, peut générer un doublet de Higgs,…) est

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Dimensions Supplémentaires Universelles où “Universelle” vient du fait que TOUTES les particules du MS se propagent dans l(es)’ XtraD(s). Quand les particules du MS se propagent dans les XtraDs, ce apparaît dans les 4D (3D+t) dim. comme des tours de Kaluza Klein (KK) A chaque particule est associée une tour, composée de n=1,2,3,… états de masse mn2=n2/R2 + mSM2 . où n=0 correspond aux particules du MS, R est l’échelle de compactification et (éventuellement) Λ est l’échelle de cutoff (à partir de laquelle la théorie effective n’est plus valable). L’élément clef des UEDs est la conservation de l’impulsion dans les dimensions supplémentaires.??? Dans la théorie 4D (3D+t) ceci implique la conservation du nombre KK:??? jamais un vertex avec une seule excitation KK, particules KK produites par paires

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Zoologie des “n” modes KK Une tour KK existe pour chaque champ du MS. Les champs Q (doublet),U et D (singlet) décrivent les quarks en (4+) dimensions pour lesquels le mode zero correspond aux fermions du MS e.g. pour la 3ème génération Q(0)3(t,b)L U(0)3tR and D(0)3bR Pour chaque quark: 1 tour par état chiral == 2 tours/saveur de quark Même chose pour les leptons: 2 tours/lepton 1 tour/neutrino Les bosons W3j and Bj se mélangent à chaque niveau, de la même manière que ceux du MS (niveau 0). Le boson de Higgs boson possède aussi sa tour KK, chaque niveau étant composé de 1 Higgs chargé, 1 scalaire de charge nulle CP-odd de masse Mj, et 1 scalaire de charge nulle CP-even de masse (M2j+m2h). Les interactions entre le champ de Higgs, les bosons de jauge et les fermions sont décrites par les même couplages que ceux pour le MS.

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Zoologie des “n” modes KK

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Corrections radiatives Effets de boucles. Le nombre KK est conservé à l’ordre de l’arbre, mais peut être violé à l’ordre d’une boucle. Les corrections à une boucle peuvent apporter de grandes contributions aux masses KK. Les corrections radiatives à l’ordre de l’arbre sont de ~10% pour des particules interagissant fortement (le plus lourd étant le gluon) ~1% pour les leptons et les bosons de jauge EF (le plus léger étant le photon) Le quark MS et les excitations KK du gluon vont se désintégrer en cascade decay jusqu’au Lightest Kaluza Klein Particle (LKP) : *

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Aspects Cosmologiques L’existence de nouvelles particules massives générera des problèmes cosmologiques : si certaines survivent au moment de la nucléosynthèse, elles pourraient se combiner avec d’autres noyaux pour former des atomes d’hydrogène lourds. De tels isotopes ont été recherchés. De plus, plusieurs arguments cosmologiques excluent l’existence de particules ayant des masses allant de 100GeV à 10TeV. Ces problèmes cosmologiques peuvent être évités si des interactions violant le nombre KK existent, provoquant la désintégration de l’état KK le plus léger. Le temps de vie dépend de la force de ces interactions violant le nombre KK, normalement supprimées par l’échelle de cutoff scale et/ou le volume des XtraDs. Une solution: désintégration médiées par la gravité Le nombre KK peut être violé si le volume dans lequel se propagent les particules du MS de dimension (4+), the “thick brane”, est imbriqué dans un plus large espace de dimension (4+N) dans lequel seuls les gravitons se propagent. Le graviton serait le médiateur de la désintégration du LKP * G Nous verrions la chose suivante dans notre détecteur 2 photons + énergie transverse manquante + leptons et gerbes soft La conservation de l’impulsion est alors violée, mais elle est “absorbée” par le “thick brane”. Le temps de vie dépend de la force du couplage avec le graviton, et sur la densité de ses modes KK, qui elle même dépend du volume de l’espace en (4+N) dimensions.

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Nouveau code standalone Pythia_UED concocté aux Houches 2005 Utilise l’environnement Pythia et les éléments de matrice du modèle UED Largeurs de désintégration codées Spectre de masses codé Pythia_UED contient le scénario UED avec fermions et bosons vivant dans un espace en 4+δ ( R ~ TeV-1 ; δ=1) dimensions (“thick” brane) imbriqué dans un espace plus large de 4+N ( size ~ eV-1 ; N=2 ) dimensions (bulk) où seuls les gravitons se propagent. désintégrations médiés (mediated) par la gravité du LKP: * G

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Spectre de masses e.g. q◦,●(singlet,doublet) ℓ◦,● g* * Z* W* R-1 = 0.5 TeV Λ=10TeV 577 512 630 501 533 533 R-1 = 1.0 TeV Λ=10TeV 1141 1025 1241 1000 1057 1057 Masse (GeV)

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e.g. R-1=MKK=1.3 TeV Processus de production Processus de désintégration q  q * ℓ  ℓ * ℓ  ℓ * q  q * q  q Z*  q ℓ ℓ  q ℓ ℓ * q  q W*  q ℓ’ ℓ  q ℓ’ ℓ * Br. = 100% Br. = 100% Br. = 100% Br. ~ 2% Br. ~ 33% Br. ~ 65% Br. ~ 100% *   G

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Sections efficaces de production From Macesanu, McMullen and Nandi, hep-ph/0201300. Pythia_UED

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Largeurs de désintégration induites par la levée de dégénérescence des masses pour les bosons (left) and fermions (right) From Macesanu, McMullen and Nandi, hep-ph/0207269. Pythia_UED g*qq* W*ℓ*,ℓ* Z*ℓℓ* q*q’W* q*q* ℓ*ℓ*

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Pythia_UED 1/R=500GeV, ΛR=10

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Pythia_UED 1/R=1000GeV, ΛR=10

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Prospectives pour l’analyse Solve BR and masses Implement lifetime, decay lengths, of KK particles All in one code : ComHEP + Pythia (M.ElKacimi) + *decay Full simulation for photons Compare this model to Lykken model (no news is good news?) and GMSB

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Gravity mediated decay of the LKP code from P.-H. Beauchemin and G.Azuelos, ATL-PUB-PHYS-2005-003 gravity mediated decay of KK photon γ*γG using proper integration over all graviton KK states For the LKP decay, sum up the graviton towers by following the analyses in G.F.Giudice, R.Rattazzi, J.D.Wells, Nucl. Phys. B544, 3 (1999); T.Han, J.D.Lykken, R-.J. Zhang, Phys. Rev. D59, 105006 (1999). Result should be relatively independent of the spin of the original KK state. The total width is given by where (mg) is the width for the decay into a graviton of mass mg MD is the 4+δ Planck scale, MPl is the conventional 4-d reduced Planck scale, and MKK is the mass of the relevant decaying KK state.

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Cascade decay Radiative Corrections to KK Masses, hep-ph/0204342