Nouvelles particules légères: théorie et phénoménologie

Light new particles: theory and phenomenology

• Auteur / Autrice : Théodore Fischer
• Direction : Michele Frigerio
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Information, Structures, Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : L2C - Laboratoire Charles Coulomb
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe de Recherche Physique Théorique

Mots clés

Mots clés libres

Théorie quantique des champs

Cosmologie

Physique des particules

Cosmology

Quantum field theory

Particle physics

Résumé

Les théories au-delà du Modèle Standard de la physique des particules sont caractérisées par de nouvelles échelles d'énergie. Il est intéressant d'investiguer quels états peuvent être paramétriquement légers par rapport à une telle échelle. Ce projet se propose d'étudier l'origine théorique et les effets observables des particules accidentellement légères. Dans la théorie des champs scalaires, la hiérarchie des masses est déterminée par la structure des symétries et de leur brisure. Les scalaires légers peuvent être d'intérêt en cosmologie (inflation, défauts topologiques), ainsi qu'en physique des particules (boson de Higgs, matière sombre). Par ailleurs, les champs scalaires légers peuvent apparaître comme des états composites, engendrés par une nouvelle dynamique fortement couplée. Quelques modèles-jouet de scalaires accidentellement légers sont connus, mais la construction de modèles plus réalistes reste un défi à relever pendant le doctorat. Des nouveaux fermions ou bosons vecteurs légers sont aussi un sujet d'investigation prometteur, en connexion avec le problème de la saveur, et avec les mesures de précision à la frontière d'intensité. Un autre objectif de la thèse sera d'explorer les liens entre ces nouveaux états, les neutrinos, et la matière sombre.

Theories beyond the Standard Model of particle physics are characterised by new energy scales. It is natural to ask which states can be parametrically light with respect to such scales. This project aims to investigate the theoretical origin of accidentally light new particles, and their phenomenological signatures. In quantum field theories of scalar fields, the mass hierarchies are determined by the specific pattern of symmetry breaking. The resulting light scalars may be relevant for cosmology (inflation, topological defects), as well as for particle physics (Higgs boson, dark matter). In addition, light scalars may emerge as composite states, from a new strong dynamics in the ultraviolet. Some toy-models are known for accidentally light scalars, but the construction of realistic models remains a challenge, to be addressed during the PhD. Light fermions and light vector bosons can also be an interesting subject of investigation, in connection with the flavour problem, and with precision measurements at the intensity frontier. Another objective of the thesis will be to explore the links between such new states, the neutrinos, and the dark matter.