Relazione Dipartimento 2006 - Dipartimento di Fisica G. Occhialini ...

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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2006 La stringa suggerisce l’esistenza di uno spazio-tempo dieci o undici dimensionale da cui l’ordinario universo in quattro dimensioni emerge come teoria effettiva attraverso vari meccanismi (compattificazione delle dimensioni extra o confinamento su iperpiani detti D-brane). Uno degli aspetti più interessanti della teoria delle stringhe è la congetturata dualità tra la teoria delle stringhe come teoria di supergravità e teorie di gauge (corrispondenza AdS/CFT). Questa dualità potrebbe avere delle importanti ricadute nella descrizione di processi non perturbativi in QCD (Quantum-Chromo-Dynamics, la teoria che descrive le interazioni forti) in termini di una teoria di gravità perturbativa in dimensioni maggiori di quattro. In questo ambito le principali attività del gruppo riguardano: - La corrispondenza AdS/CFT, con particolare riguardo alla descrizione duale di teorie di gauge con supersimmetria ridotta in regime di accoppiamento forte in termini di teorie di stringa/supergravità in dimensioni più alte. - Lo studio di teorie di gauge supersimmetriche in regime non perturbativo con rottura soffice della supersimmetria, rottura dinamica della supersimmetria e vuoti metastabili. - Calcolo perturbativo di quantità di interesse fisico (funzioni di correlazione, dimensioni anomale di operatori composti) in teorie di gauge supersimmetriche. - Soluzioni esatte delle equazioni di stringa, con particolare riguardo a backgrounds con proprietà di integrabilità. - Teorie di campo supersimmetriche e supergravità in dimensione maggiore di quattro di interesse per modelli di compattificazione di stringa, modelli con dimensioni extra e corrispondenza olografica tra teorie di supergravità nel bulk e teorie di gauge su D-brane. - Teorie di campo supersimmetriche definite in superspazio non(anti)commutativo ottenute, nel limite a basse energie, da backgrounds di stringa con forme di RR accese. 2) Teoria dei campi del Modello Standard G. Marchesini, P. Nason, C.Oleari, S. Alioli, A. Banfi, E. Re Il Modello Standard è la teoria di campo effettiva che descrive le interazioni elettrodeboli e forti alle scale di energia oggi accessibili sperimentalmente. Pagina 13 di 86
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2006 Il gruppo di Milano - Bicocca studia vari aspetti del Modello Standard e dei fenomeni cui dà luogo. Nell'imminente partenza del collisore di protoni LHC al CERN di Ginevra, si studiano vari fenomeni di produzione rilevanti per la scoperta di nuove particelle e per la stima dei backgrounds in collisioni adroniche. Poichè la fisica dei collisori adronici è dominata dalle interazioni forti, gran parte dell'attività del gruppo è volta allo studio e alla simulazione di effetti forti in fenomeni di alta energia, come: a) Calcolo di processi di alta energia, con l'inclusione delle correzioni radiative di QCD (Quantum- Chromo-Dynamics) al primo ordine sottodominante. b) Studio di effetti forti dominanti in certe regioni cinematiche, che richiedono la risommazione della serie perturbativa di QCD a tutti gli ordini, legati alla emissione di gluoni soffici. c) Simulazione dei fenomeni adronici nell'ambito degli algoritmi di Parton Shower, nuovi algoritmi di simulazione più accurati nelle emissioni soffici, e inclusione di correzioni di QCD all'ordine sottodominante. Si studiano in particolare fenomeni di produzione di getti adronici, di quark pesanti (charm, bottom, top), del bosone di Higgs in collisioni effettive di bosoni W, di produzione di coppie di W e Z, anche nell'ambito della collisione effettiva di coppie di W/Z. 3) Teoria dei campi non-perturbativa G. Marchesini, M. Pepe, H. Simma Quantum-Chromo-Dynamics è la teoria quantistica dei costituenti (quark e gluoni) delle particelle con interazione forte. Molte osservabili della QCD non possono essere calcolate con metodi perturbativi o analitici a causa della natura complessa delle interazioni forti, in particolare a basse energie. Esempi di tali osservabili sono le masse degli adroni (cioè particelle composte da quark e gluoni, come protone o pione) o gli elementi di matrice dell'Hamiltoniana effettiva, che in molti processi elettrodeboli (come decadimenti o mescolamenti di mesoni D o B) servono per calcolare le quantità che si misurano negli esperimenti. Per poter calcolare quantità non-perturbative in QCD da principi primi con metodi numerici, la teoria dei campi è studiata su uno spazio-tempo discretizzato. Queste simulazioni su "reticolo" richiedono una potenza di calcolo enorme e quindi l'uso di supercalcolatori. Per esempio, per determinare i parametri fondamentali della QCD (la costante di accoppiamento e le masse dei quark) in regime non-perturbativo, la teoria è simulata su reticoli con estensioni diverse. Solo cosi è possibile estrapolare con alta precisione i risultati al limite del continuo e calcolare anche il "running" non-perturbativo, cioè la variazione dei parametri rinormalizzati con l'energia. In questo ambito l’attività del gruppo riguarda in particolare: - Simulazioni numeriche a grande scala su computer parallelo apeNEXT, sviluppato nel progetto speciale APE dell’INFN, per determinare la scala di riferimento per la costante d’accoppiamento “running” in QCD e per studiare lo spettro dei mesoni nel limite di “quenching”. - Numerical Stochastic Perturbation Theory (NSPT) per calcoli perturbativi a ordini alti in teorie di gauge. Pagina 14 di 86
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