Formulation de la théorie effective à basse énergie du secteur électrofaible sans particule de Higgs

Formulation of the low-energy effective theory of the electroweak sector without a Higgs particle

• Auteur / Autrice : Johannes Hirn
• Direction : Jan Stern
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique nucléaire (Orsay, Essonne ; 1956-2019)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Ulrich Ellwanger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jan Stern, Ulrich Ellwanger, Aldo Deandrea, Marc Knecht, Fawzi Boudjema
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aldo Deandrea, Marc Knecht

Mots clés

Mots clés contrôlés

Règles de somme (physique)

Interactions faibles (physique nucléaire)

Mots clés libres

Mécanisme de Higgs

Bosons de Goldstone

Brisure spontanée

Théories effectives

Spurions

Résumé

La théorie effective à basse énergie du secteur électrofaible sans particule de Higgs utilise les méthodes de la Théorie de Perturbation Chirale. La formule de comptage de Weinberg montre la cohérence du développement en boucles, avec la renormalisation correspondante. En revanche, on trouve que certains opérateurs effectifs, supprimés par une échelle de masse dans le cas du Modèle Standard, ne le sont plus dans le cas sans Higgs. De plus, ils apparaissent à l'ordre dominant du développement chiral, en conflit avec les expériences. Pour décrire leur suppression, on demande l'invariance sous la symétrie obtenue lorsque le secteur composite (produisant les trois modes de Goldstone) et le secteur élémentaire (quarks, leptons et champs de Yang Mills) sont découplés. On introduit alors les couplages en réduisant la symétrie à SU(2)xU(1), via des spurions. Les opérateurs indésirables n'apparaissent qu'aux ordres supérieurs du développement simultané en puissances des impulsions et des spurions. De plus, la brisure de l'isospin faible est traitée de façon systématique et la formule de comptage de Weinberg peut être reproduite. Les spurions permettent de rendre compte des faibles masses des neutrinos actifs. Trois neutrinos droits, légers par rapport au TeV, sont introduits afin de préserver une symétrie custodiale : ils sont quasi-stériles et stables et peuvent contribuer à la matière sombre. On étudie également le raccordement des anomalies dans le secteur composite, généralisant la construction de Wess-Zumino : on obtient une contrainte sur la théorie sous-jacente. Appliquant le formalisme des spurions aux modèles moose, on démontre des règles de somme de Weinberg généralisées.

The low-energy effective theory of electroweak symmetry-breaking without a Higgs particle is constructed using the methods of Chiral Perturbation Theory. Weinberg's power-counting formula demonstrates the consistency of the loop expansion, with the corresponding renormalization. We find that the suppression of effective operators by a mass scale, which was automatic in the case of the Standard Model, no longer holds in the Higgs-less case for a specific class of operators. Moreover, the incriminated operators appear at leading order in the chiral expansion, in conflict with experiments. To account for their suppression, invariance under a larger symmetry is required, corresponding to the composite sector (which produces the three Goldstone modes) being decoupled from the elementary sector (quarks, leptons and Yang-Mills fields). The couplings are introduced via spurions: this reduces the symmetry to SU(2)xU(1). Ln the simultaneous expansion in powers of momenta and spurions, the aforementioned operators are relegated to higher orders. Ln addition, the method allows for a systematic treatment of weak isospin breaking. The Weinberg power-counting formula can be recovered, and small neutrino masses accounted for. The three right-handed neutrinos (lighter than the TeV) are introduced in connection with the custodial symmetry: they are quasi-sterile and stable and may thus contribute to dark matter. We also obtain a constraint on the underlying theory by studying the anomaly-matching in the composite sector and generalizing the Wess-Zumino construction. The spurion formalism is also applied to open linear moose models, for which generalized Weinberg sum rules are derived.