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, CasablancaDriss Goujdami, Université Cadi Ayyad, Marrakech

Helenka Przysiezniak, LAPP, Annecymille mercis à Cosmin Macesanu pour son code

(spectre de masses et de largeurs de désintégration)

Motivations

au LHC,

la course sera celle de la recherche de SUSY.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

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. commedes tours de Kaluza Klein (KK)

A chaque particule est associée une tour, composée de n=1,2,3,… états de massemn

2=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

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+) dimensionspour lesquels le mode zero correspond aux fermions du MS

e.g. pour la 3ème génération

Q(0)3(t,b)L

U(0)3tR and D(0)

3bR

Pour chaque quark:1 tour par état chiral == 2 tours/saveur de quark

Même chose pour les leptons:2 tours/lepton1 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 de1 Higgs chargé, 1 scalaire de charge nulle CP-odd de masse Mj,

et 1 scalaire de charge nulle CP-even de masse (M2j+m2

h).

Les interactions entre le champ de Higgs, les bosons de jauge et les fermionssont décrites par les même couplages que ceux pour le MS.

Zoologie des “n” modes KK

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 apporterde 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) : *

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 cosmologiquesexcluent 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 détecteur2 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.

Nouveau code standalone Pythia_UEDconcocté 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

Spectre de masses e.g.

q◦,●(singlet,doublet)

ℓ◦,●

g*

*

Z*

W*

R-1 = 0.5 TeVΛ=10TeV

577

512

630

501

533

533

R-1 = 1.0 TeVΛ=10TeV

1141

1025

1241

1000

1057

1057

Masse(GeV)

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

Sections efficaces de production

From Macesanu, McMullen and Nandi, hep-ph/0201300. Pythia_UED

Largeurs de désintégration induites par la levée de dégénérescence des massespour 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*

Pythia_UED

1/R=500GeV, ΛR=10

Pythia_UED

1/R=1000GeV, ΛR=10

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

Gravity mediated decay of the LKP

code from P.-H. Beauchemin and G.Azuelos, ATL-PUB-PHYS-2005-003

gravity mediated decay of KK photonγ*γG

using proper integration over all graviton KK states

For the LKP decay, sum up the graviton towers by following the analyses inG.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.

Cascade decayRadiative Corrections to KK Masses, hep-ph/0204342