Quelques aspects de la violation-CP et interactions de jauges dans le modèle standard et au-delà - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Some aspects of CP violation and gauge interactions in the standard model and beyond

Quelques aspects de la violation-CP et interactions de jauges dans le modèle standard et au-delà

Résumé

The standard model (SM) of particle physics is the most accurate theory known to describe the elementary particles and their interactions. Once its 19 free parameters are measured, all kinds of elementary processes can be predicted with unequalled accuracy. To date, no significant deviation from the SM has been observed, making it a true success. However, a number of missing pieces and unexplained facts lead us to believe that this is not the end of the story and that the SM would be a low-energy expression of a more fundamental theory. The search for physics beyond the SM is part of this framework. Among the missing pieces, there is electroweak baryogenesis, the mechanism that is believed to be at the origin of matter-antimatter asymmetry in the universe. According to the big bang model, matter and antimatter were created in equal quantities whereas today matter seems to have taken over. The SM does not include such a mechanism. In 1967, a Russian physicist named Andrei Sakharov established three necessary conditions for baryogenesis to happen. One of these conditions stipulates that there would have been interactions that violated C and CP symmetries. CP-violation already exists in the SM. Indeed, the weak interaction can violate CP (already observed) and some strong theoretical arguments lead us to believe that strong interaction should also violate CP, but no such process has yet been observed. In short, it appears that the CP-violation present in the SM is not sufficient to explain the matter-antimatter asymmetry. Therefore, one of the challenges of physics beyond the standard model researches is to find additional sources of CP-violation in order to achieve the amount required for baryogenesis. In this PhD thesis, we first look at some manifestations of CP-violation, such as electric dipole moments (EDMs) of elementary particles, both in the weak sector in the presence of neutrino masses (absent in the SM) as well as in the strong sector. Then, in a second study, we build an effective field theory for gauge bosons. We generalize the Euler-Heisenberg Lagrangian for the study of photon interactions, considered as the archetype of an effective field theory, to gauge bosons of arbitrary Lie algebras, several grand unification groups or mixed symmetries.
Le modèle standard (MS) de la physique des particules est la théorie la plus précise connue pour décrire les constituants élémentaires de la matière et leurs interactions. Dès lors que ses 19 paramètres libres sont mesurés, on peut prédire toutes sortes de processus élémentaires avec une précision inégalée. Jusqu’à ce jour, aucune déviation significative par rapport au MS n’a été observée, ce qui en fait un véritable succès expérimental. Cependant, un certain nombre de pièces manquantes et de faits non compris nous amènent à penser que ce n’est pas la fin de l’histoire et que le MS serait une manifestation à basse énergie d’une théorie plus fondamentale. La recherche de nouvelle physique s’inscrit dans ce cadre. Parmi les pièces manquantes, on y trouve la baryogénèse électrofaible, ce mécanisme qui serait à l’origine de l’asymétrie matière-antimatière dans l’univers. D’après le modèle du big bang, matière et antimatière ont été créés en quantités égales, alors qu’aujourd’hui, la matière semble avoir pris le pas. Le MS n’inclut pas un tel mécanisme. En 1967, un physicien russe du nom d’Andrei Sakharov a établi trois conditions nécessaires pour que la baryogénèse puisse avoir lieu. Une de ces conditions stipule qu’il aurait existé des interactions violant les symétries C et CP. La violation CP existe déjà dans le MS. En effet, l’interaction faible peut violer CP (déjà observé) et certains arguments théoriques forts nous poussent à croire que l’interaction forte devrait pouvoir également violer CP, mais aucun processus de la sorte n’a encore été observé. En somme, il s’avère que la violation CP présente dans le modèle standard n’est pas suffisante pour expliquer l’asymétrie matière-antimatière. Par conséquent, un des défis de la recherche de physique au-delà du modèle standard est de trouver des sources de violation CP supplémentaires afin d’atteindre la quantité requise pour la baryogénèse. Dans cette thèse, nous nous penchons dans un premier temps sur quelques manifestations de la violation-CP, comme par exemple les moments dipolaires électriques (EDM) des particules élémentaires, à la fois dans le secteur faible en présence des masses des neutrinos (absentes dans le MS) ainsi que dans le secteur fort. Puis, dans un second temps, nous nous destinons à la construction d’une théorie effective pour bosons de jauges. Nous généralisons le lagrangien d’Euler-Heisenberg pour l’étude des interactions de photons, considéré comme l’archétype d’une théorie effective des champs, à des bosons de jauges d’algèbres de Lie arbitraires, plusieurs groupes de grandes unification ou encore des symétries mixtes.
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  • HAL Id : tel-02492086 , version 1

Citer

Selim Touati. Quelques aspects de la violation-CP et interactions de jauges dans le modèle standard et au-delà. Physique des Hautes Energies - Phénoménologie [hep-ph]. Université Grenoble Alpes, 2019. Français. ⟨NNT : 2019GREAY040⟩. ⟨tel-02492086⟩
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