Matière noire induite par le dilaton et réinterprétation de recherches de particules à longue vie

Dilaton-induced dark matter and long-lived particle recasting

• Auteur / Autrice : Manuel Utsch
• Direction : Benjamin Fuks
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique
• Date : Soutenance le 13/10/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique théorique et hautes énergies (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Bertrand Laforge
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Geneviève Bélanger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Hélène Genest, André Lessa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Leptons

Physique mathématique

Grand collisionneur de hadrons

Particules (physique)

Matière noire (astronomie)

Mots clés libres

Dilaton

Matière noire

Particules à longue vie

Recasting

Grand collisionneur de hadrons

Leptons de type vecteur

Dilaton

Dark matter

Long-lived particles

Recasting

Large Hadron Collider

Vector-like leptons

Résumé

Depuis la découverte en 2012 d'une particule scalaire compatible avec le boson de Higgs du modèle standard (MS), aucun signal convaincant de physique au-delà du MS n'a été apporté par le LHC, malgré un bon nombre de lacunes connues du MS. Afin de maximiser le potentiel de découverte et d'exclusion des expériences, l'intégralité des stratégies de recherches possibles devraient être explorées, y compris les moins courantes. Une des questions persistantes en physique des particules est celle de la nature de la matière noire. Dans ce travail, une théorie effective est examinée, dans laquelle la matière noire est couplée au MS via la portail du dilaton, qui résulte de l'invariance d'échelle spontanément brisée. Deux scénarios de mixage entre le boson de Higgs et le dilaton sont étudiés. L'espace des paramètres est sondé en prenant en compte des contraintes basées sur des expériences de collisionneur et de détection directe de matière noire, la densité relique de matière noire et l'unitarité. La deuxième partie de ce travail se concentre aux signatures de désintégration de particules à longue vie (PLV). Des recherches existantes des collaborations ATLAS et CMS ont été implémentées dans le logiciel MadAnalysis 5, permettant de les interpréter dans le cadre de modèles de signal différents. Une de ces recherches a été utilisée pour restreindre un modèle de leptons de type vectoriel.

Since the discovery of a scalar particle compatible with the Standard Model (SM) Higgs boson at the Large Hadron Collider (LHC) in 2012, no convincing signals of physics beyond the SM have been provided by the LHC, despite the various known shortcomings of the SM. To maximise the discovery and exclusion potential of the collider experiments, the full arsenal of possible search strategies should be exploited, including unconventional ones. Also other, non-collider experiments can provide valuable complementary input. One of the unresolved puzzles in particle physics is the nature of dark matter (DM). Within this work, an effective theory is considered, in which DM is coupled to the SM via the dilaton portal, which results from spontaneously broken scale invariance. The allowed model parameter space is probed trough a combination of constraints from collider searches, DM direct detection, the DM relic density and unitarity. The second part of this work focuses on collider signatures of long-lived particle (LLP) decays, in particular displaced tracks and vertices. Existing LLP searches performed by the ATLAS and CMS collaborations have been implemented in the recasting framework MadAnalysis 5, providing the possibility to re-interpret the search results in different signal models. One of these searches has been used to place constraints on a vector-like leptons model.