New Physics with the Higgs boson and particles of spin up to two
Nouvelle physique avec le boson de Higgs et les particules de spin jusqu'à deux
Résumé
Elementary particles are distinguished by their spin and their mass. In particular, the spin≤ 1 fields, corresponding to the Standard Model content, are theoretically well-known and have been observed in nature. Going to higher spins, however, serious issues often arise as one attempts to construct a Lagrangian. This is the case for {charged massive} higher spins, which are plagued by acausality and loss of hyperbolicity. Even the simplest examples of the spin-3/2 and spin-2 turn out to be highly challenging, despite the intense investigation over the past decades. In this thesis, we present consistent Lagrangians, the subsequent equations of motion, and constraints for the charged massive spin-3/2 and spin-2 states. These Lagrangians are derived from the superspace action for the first massive level of charged superstring in four dimensions. The motivations for higher spin studies are not limited to a pure field-theoretic interest. It is postulated by many authors that higher spins may be produced in early universe, and could be a Dark Matter candidate. The gravitinos, which are spin-3/2 particles in supergravity, have received a particular attention. Some authors have recently pointed out that, when the gravitino sound speed vanishes, its production will diverge. We will show that for linear N=1, d=4 supergravity, coupled to two fermions, the gravitino sound speed never vanishes, hence avoiding pathological production. After discussing higher spins, we move on to the second part of this thesis, which focuses on physics beyond the Standard Model. While the Standard Model has achieved great success in numerous experiments, several significant anomalies, along with theoretical issues, suggest the need for new physics. In this thesis, we investigate supersymmetric candidates. First, we consider scenarios where supersymmetry lies at high energy scales that are currently inaccessible to colliders. Through an example, we show how the Higgs mass can unravel the parameter space of such supersymmetric models. Second, we study Dirac gaugino models. These models have interesting properties in Higgs alignment and can also accommodate the recently reported 7σ deviation in the W boson mass. Through numerical analysis, we highlight the importance of quantum corrections.
Les particules élémentaires se distinguent par leur spin et leur masse. En particulier, les champs de spin ≤1, correspondant au contenu du Modèle standard, sont bien connus théoriquement et ont été observés dans la nature. Cependant, s'agissant des spins supérieurs, des pathologies sérieuses apparaissent lors de la construction d'un lagrangien. C'est typiquement le cas pour les spins supérieurs massifs chargés, où persistent l'acausalité ainsi que la perte de l'hyperbolicité. Même les exemples les plus simples, tels que le spin-3/2 et le spin-2, se révèlent extrêmement difficiles à étudier, malgré de nombreuses tentatives durant les décennies passées. Dans cette thèse, nous présentons des lagrangiens cohérents, les équations du mouvement et les contraintes pour spin-3/2 et spin-2 massifs chargés. Ces lagrangiens sont déduits de l'action dans le superespace décrivant le premier niveau massif de la supercorde chargée en quatre dimensions. Outre son intérêt pour la théorie des champs, l'étude des spins supérieurs a des applications phénoménologiques. Il a été postulé par plusieurs auteurs que des spins supérieurs pourraient avoir été produits dans l'univers primordial et pourraient constituer un candidat pour la matière noire. Les gravitinos, qui sont des particules de spin-3/2 dans la supergravité, ont reçu une attention particulière. Certains auteurs ont récemment remarqué que lorsque la vitesse du son du gravitino s'annule, sa production diverge. Nous montrons que pour la supergravité N =1, d=4, qui contient deux fermions, la vitesse du son du gravitino ne s'annule jamais. Par conséquent, une telle production divergente est évitée. Après avoir discuté des spins supérieurs, nous entrons dans la deuxième partie de cette thèse, autour de la physique au-delà du Modèle standard. Si de nombreuses expériences ont prouvé la robustesse du Modèle standard, certaines anomalies importantes, ainsi que des problèmes théoriques, suggèrent le besoin d'une nouvelle physique. Dans cette thèse, nous investiguons des candidats supersymétriques. Premièrement, nous considérons des scénarios où la supersymétrie réside dans des échelles de hautes énergies qui sont inaccessibles aux collisionneurs actuels. A travers un exemple, nous étudions comment la masse du boson de Higgs peut dévoiler l'espace de paramètres de tels modèles supersymétriques. Deuxièmement, nous étudions des modèles de jauginos de Dirac. Ces modèles présentent des propriétés intéressantes rendant possible l'alignement de Higgs, et pourraient expliquer la déviation de 7σ récemment rapportée dans la masse du boson W. Par une analyse numérique, nous mettons en évidence l'importance des corrections quantiques.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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