UV Completion of Composite Higgs Models
Comportements aux hautes énergies des modèles Higgs Composite
Résumé
The Standard Model (SM) is the most successful theory describing the particle interactions. Its predictions, incredibly precise, agree very well with the experimental data. The last proof being the discovery of the Higgs boson in 2012, which is at the origin of the mass of the other particles, thus essential to the theory. However, the SM cannot explain everything: - Experiments have confirmed a mass for the neutrinos, which the SM does not provide. -The gravitational interactions are not a part of the SM. -The dark matter, hypothetical particle to explain the astrophysics observations, is not taken into account in the SM - The Higgs Mechanism that generates a mass to the boson is ad-hoc via the introduction of the Higgs potential. The Higgs mass also suffers from the quadratic divergences of new physics. Those reasons push us to believe that the SM is just the low energy manifestation of a more fundamental theoy. The main subject of the thesis are the Composite Higgs Models, which principaly try to solve the last issue of the above list. In this class of models, the higgs Boson, and all its ineractions, are replace by a new fermionic sector very similar to Quantum ChromoDynamic (QCD). For that purpose, new fermions called technifermions are introduced and charged under a new color dubbed technicolor. Like the color in QCD, the technicolor theory confines at low energy and a condensate breaks its global symmetries. This generates Goldstone bosons which can play the role of the SM Higgs boson. By its bound state nature, the new Higgs boson has no more issues with the quantum correction of its mass. In this scenario the new strong interaction gives a dynamical origin to the Higgs potential. Nontheless, challenges appear if we want to generate a mass for the SM fermions. The paradigm of Partial Compositness try to overcome this issue and postulate a linear mixing between the SM fermions and technibaryons, fermionic bound state of three technifermions, like the quarks forming the proton.
Le modèle standard (MS) est la théorie la plus aboutie décrivant les interactions fortes et électrofaibles. Ses prédictions, d'une incroyable précision, concordent très bien avec les résultats expérimentaux. Preuve en est la récente découverte du boson de Higgs en 2012 qui est indispensable à la théorie car c'est par son intermédiaire que toutes les particules acquièrent une masse. Cependant il n'explique pas tout: -Des expériences ont confirmé le caractère massif des neutrinos, alors que le MS est incapable de leur attribuer une masse sans introduire des neutrinos d'hélicité droite, qui n'ont jamais été observés, ou des opérateurs non-renormalisables -Le MS ne modélise toujours pas l'interaction gravitationnelle. - La matière noire, hypothétique matière nécessaire à l'explication des observations astrophysiques, n'est pas décrite dans le MS. -Le mécanisme de Higgs, qui confère une masse aux particules, se fait via l'ajout d'un potentiel pour le boson de Higgs et des problèmes de fine-tuning apparaissent avec la masse de ce dernier. Tout cela porte à croire que le MS est la manifestation à basse énergie d'une théorie plus fondamentale. Cette thèse est axée sur l'étude des modèles Higgs Composite, qui tentent principalement de résoudre le dernier point. Cette classe de modèles propose de remplacer le boson de Higgs, et ses intéractions, par un nouveau secteur fermionique très semblable à la ChromoDynamique Quantique (QCD). Pour cela on suppose l'existence de nouveaux fermions, appelés technifermions, et chargés sous une nouvelle interaction, la technicouleur. Comme la couleur en QCD, la technicouleur confine à basse energie en formant un condensat qui brise ses symétries globales. Il en découle l'apparition à basse énergie de bosons de Goldstone pouvant jouer le rôle du boson de Higgs. Ainsi le boson de Higgs apparait comme un état lié de technifermions, supprimant ainsi les problèmes de fine-tuning. La nouvelle interaction forte permet d'obtenir une origine dynamique au potentiel du Higgs. Néanmoins, de nouvelles difficultés apparaissent si l'on veut générer une masse pour les fermions du MS. Le paradigme "Partial Compositness" tente de palier à cela en supposant que la technicouleur forme des technibaryons à basse énergie, à l'instar du proton formé de quarks. Un mélange entre les technibaryons et les fermions du MS permettrait à ses derniers d'obtenir une masse. Cette classe de modèles n'offre cependant pas une description complète des hautes énergies (au delà du TeV). Bien qu'elle permette de résoudre les problèmes liés au Higgs, la théorie doit pour cela entrer dans une dynamique presque conforme au dessus de l'échelle de confinement. De plus, le couplage nécessaire entre les technifermions et les fermions du modèle standards, pour être dans le cadre de la "Partial Compositness", se font au moyen d'opérateurs non renormalisable à 4 fermions. Enfin, seulement l'origine de la masse du quark top est considéré, car phénoménologiquement c'est lui qui contribue le plus aux différentes interactions. Ainsi l'objectif principal de cette thèse a été de faire face au prolongement nécessaire des modèles Higgs Composite aux hautes énergies, processus appelé UV Completion. Cette étape est cruciale et permettra de remettre en question tout ce qui a été obtenu depuis des approches effectives en les comparant avec un cadre solide, cela peut mener par exemple à une compréhension de l'origine de la saveur. Les projets effectués avaient donc à l'esprit de proposer des théories qui reproduisent à basse énergie les modèles existants, tout en étant complètes et fondamentales, i.e. défini jusqu'à l'échelle de Planck. Idéallement ces théories contiennent un nombre fini de couplages bien définies sous le groupe de renormalisation.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
---|