Quelques sondes du problème de la saveur à l'aide de théories effectives

Probes of the Flavor Problem through Effective Theories

• Auteur / Autrice : Ioannis Plakias
• Direction : Sébastien Descotes-Genon, Olcyr Sumensari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 13/09/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Asmâa Abada
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Diego Guadagnoli, Federico Mescia, Francesco Polci, Danny Van Dyk
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Diego Guadagnoli, Federico Mescia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique au-delà du modèle standard

Théories effectives des champs

Particules (physique)

Leptons

Quarks

Mots clés libres

Courants neutres changeant la saveur

Théories effectives des champs

Violation de la saveur leptonique

Nouvelle physique

Flavor-changing neutral currents

Effective field theories

Lepton-flavor violation

New physics

Résumé

Dans cette thèse, nous étudions la possibilité de sonder des degrés de liberté lourds encore inconnus de la Nouvelle Physique par le biais de processus de basse énergie médiés par des courants neutres changeant la saveur. Nous les analysons dans le cadre des théories des champs effectives afin de tirer parti de la séparation des échelles d'énergie impliquées. Nous nous concentrons sur des processus du Modèle Standard qui ont déjà été observés et qui sont particulièrement sensibles aux effets de la Nouvelle Physique (b → s γ), ou sur des processus interdits dans le Modèle Standard dont l'observation serait un signe sans équivoque de Nouvelle Physique (Violation de la Saveur Leptonique). En ce qui concerne b → s γ, nous étudions les observables angulaires de B_s → φ ee à faible masse invariante ee, où le pôle du photon domine, dans le cadre de la théorie effective à basse énergie. En particulier, nous calculons les effets du mélange meson-antimeson (B_s) sur les observables angulaires, et étudions comment les observables supplémentaires induisent des contraintes projetées de la Nouvelle Physique sur les coefficients effectifs C_7 et C_7p décrivant la transition b → s γ. En ce qui concerne la Violation de la Saveur Leptonique, nous étudions les effets des équations de groupe de renormalisation dans le cadre de la Théorie Effective du Modèle Standard et de la théorie effective à basse énergie, et nous montrons qu'ils peuvent induire des contraintes strictes sur les opérateurs semi-leptoniques de la troisième génération de quarks à partir des processus de Violation de la Saveur Leptonique les plus contraignants, tels que μ N → e N, l → l_p γ, l → 3 l_p et l → l_p M où M est un méson vecteur ou pseudo-scalaire. De plus, nous illustrons la complémentarité entre les processus de Violation de la Saveur Leptonique à basse et haute énergie et, en particulier, nous montrons que les limites supérieures indirectes sur les désintégrations de mésons B Violant la Saveur Leptonique par le biais des contraintes du Grand collisionneur de hadrons (LHC) sur les processus de Drell-Yan Violant la Saveur Leptonique pp → l l_p peuvent être compétitives avec les mesures directes.

In this thesis, we study the possibility of probing yet unknown heavy New Physics (NP) degrees of freedom through Flavor-Changing Neutral-Current (FCNC) processes at low energies. We analyze them within the framework of Effective Field Theories (EFTs) to exploit the separation of the energy scales involved. We focus on Standard Model (SM) processes which have already been observed and which are particularly sensitive to NP effects (b → s γ), or forbidden processes in the SM whose observation would be an unambiguous sign of NP (Lepton Flavor Violation or LFV). Regarding b → s γ, we study angular observables of B_s → φ ee at low ee invariant mass, where the photon pole dominates, within the framework of the Low-energy EFT (LEFT). In particular, we compute the effects of meson-antimeson (B_s) mixing on the angular observables, and study how the additional observables induce projected NP constraints on the effective coefficients C_7 and C_7p describing the b → s γ transition. Regarding LFV, we study Renormalization Group Equation (RGE) effects in the Standard Model EFT (SMEFT) and the LEFT, and we show that they can induce stringent constraints on semileptonic third-generation-quark operators from the most constraining LFV processes, such as μ N → e N, l → l_p γ, l → 3 l_p and l → l_p M where M is a vector or pseudoscalar meson. In addition, we illustrate the complementarity between low- and high-energy LFV processes, and, in particular, we show that indirect upper bounds on LFV B-meson decays through LHC constraints on LFV Drell-Yan processes pp → l l_p can be competitive with direct measurements.