One-loop corrections to Higgs decay to dark matter
| Autor(a) principal: | |
|---|---|
| Data de Publicação: | 2021 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/49369 |
Resumo: | Tese de mestrado em Física (Física Nuclear e Partículas), 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências |
| id |
RCAP_c2b71f08c494fed6c7570b577385548e |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:repositorio.ul.pt:10451/49369 |
| network_acronym_str |
RCAP |
| network_name_str |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| repository_id_str |
7160 |
| spelling |
One-loop corrections to Higgs decay to dark matterMatéria EscuraBosão de HiggsExtensões ao Modelo PadrãoN2HDMRenormalizaçãoTeses de mestrado - 2021Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências FísicasTese de mestrado em Física (Física Nuclear e Partículas), 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasÀ medida que as medições dos acoplamentos do bosão de Higgs se tornam cada vez mais precisas, a sua largura de decaimento poderá tornar-se numa ferramenta poderosa no estudo de extensões ao Modelo Padrão (SM) com sectores escuros, no Large Hadron Collider (LHC). Neste trabalho, queremos calcular as correcções electrofracas a 1-loop à amplitude de decaimento do bosão de Higgs para um par de partículas candidatas a matéria escura, no contexto da fase de dubleto escuro do Next-to-minimal 2- Higgs-doublet Model (N2HDM), com o objectivo de limitar o espaço de parâmetros do modelo. Começamos por apresentar os sectores escalar e de Yukawa do N2HDM geral. O N2HDM é uma extensão simples do Modelo Padrão da Física de Partículas (SM) com dois dubletos e um singleto de isospin fraco. O potencial do N2HDM contém duas simetrias Z2 para além da simetria de CP. Existem várias configurações de vácuo (fases) possíveis no N2HDM, nas quais se inclui a fase de dubleto escuro (DDP). Nesta fase, um dos dubletos e o singleto obtêm um valor de expectação de vácuo (VEV) não nulo, quebrando uma das simetrias Z2 do potencial e resultando em dois sectores escalares diferentes: um sector visível composto por dois bosões de Higgs neutros CP-par e um sector escuro composto por um escalar neutro CP-par, um escalar neutro CP-ímpar e dois escalares carregados. No âmbito da DDP, existem quatro processos de decaimento distintos que podem representar o decaimento do bosão de Higgs do Modelo Padrão para um par de partículas de matéria escura. Para que possamos calcular as correcções radiativas a 1-loop às amplitudes de decaimento destes processos, é necessário proceder à renormalização dos sectores escalar e de gauge do modelo. As massas e as funções de onda são renormalizadas recorrendo ao esquema de renormalização on-shell (OS), no qual a forma dos propagadores das partículas a ordens superiores é fixada como sendo igual à do nível árvore. Em conjunto com o esquema OS, também utilizamos o esquema alternativo de tadpoles (AT), através do qual são renormalizados os VEVs. Neste esquema de renormalização, os VEVs sofrem um desvio que resulta em diagramas de Feynman adicionais que contribuem para as correcção a 1-loop dos processos. A carga eléctrica é renormalizada recorrendo ao esquema Gµ. Este esquema trata de cor recções logarítmicas que surgem devido às baixas massas dos fermiões em relação à escala de energia electrofraca. O ângulo de mistura dos escalares CP-par, é renormalizado recorrendo ao esquema KOSY, assim denominado em honra a Shinya Kanemura, Yasuhiro Okada, Eibun Senaha, C.-P. Yuan. Junta mente com o esquema KOSY, utilizamos a pinch technique de modo a garantir a independência de gauge das amplitudes corrigidas. Os parâmetros restantes do potencial, são renormalizados utilizando três esquemas de renormalização distintos: o esquema MS e dois esquemas dependentes de processos físicos (process-dependent). Em ambos os esquemas process-dependent, o processo Hi → ADAD é utilizado como processo auxiliar para renormalizar o processo Hi → HDHD. Um dos esquemas é denominado OS process-dependent onde as partículas externas que participam no processo auxiliar estão on-shell. O outro esquema é denominado ZEM process-dependent onde as partículas externas que participam no processo auxiliar têm momento linear nulo. Neste trabalho definimos também os observáveis que pretendemos calcular. Começamos por definir os conceitos de largura parcial e largura total de decaimento, derivando a sua forma a leading order (LO) e a next-to-leading order (NLO). Por fim, definimos o conceito de fracção de decaimento, apresentando também a sua forma a LO e a NLO. Apresentamos dois cenários possíveis para o decaimento do bosão de Higgs para um par de partículas de matéria escura, no contexto da DDP. Estes cenários resultam da hierarquia entre as massas das duas partículas escalares do sector visível do DDP. No primeiro cenário, o cenário do Higgs leve, o bosão de Higgs do modelo padrão corresponde ao escalar visível mais leve, identificado como H1. No segundo cenário, o cenário do Higgs pesado, o bosão de Higgs corresponde ao escalar visível mais pesado na DDP, identificado como H2. Para cada cenário, apresentamos a forma explícita das correcções a 1-loop à amplitude do processo de decaimento. Também são apresentadas de forma explícita, as expressões para a largura parcial de decaimento e a fracção de decaimento a NLO. São apontadas algumas diferenças entre os dois cenários, nomeadamente o maior espaço de parâmetros e a contribuição adicional para a largura total de decaimento do processo H2 → H1H1, ambas no cenário do Higgs pesado. Relativamente a resultados numéricos, são apresentados dois estudos. No primeiro estudo, observamos como os diferentes esquemas de renormalização utilizados para fixar os contra-termos dos parâmetros m2 22 e λ8 se comportam relativamente a alguns parâmetros do modelo. Primeiro, abordamos a relação entre a largura parcial de decaimento e o acoplamento escuro λH1HDHD , no limite do modelo do dubleto inerte (IDM). Observamos que o esquema MS é muito sensível à massa do escalar carregado, produzindo correcções muito grandes à largura parcial de decaimento para valores mais altos da massa do escalar carregado. No caso dos esquemas process-dependent isto não ocorre, sendo que estes esquemas produzem correcções muito mais pequenas mesmo para valores mais altos da massa do escalar carregado. Estudamos também a relação entre o tamanho das correcções à largura parcial de decaimento e a diferença entre as massas dos escalares neutros do sector escuro. Concluímos que as correcções a 1-loop nos esquemas process-dependent são tanto maiores quanto maior é a diferença entre as massas. No caso do esquema MS isto não ocorre, mantendo-se o tamanho das correcções constante relativamente à diferença de massas. No segundo estudo numérico, realizamos um scan no espaço de parâmetros da DDP. Utilizamos o código ScannerS para gerar pontos do espaço de parâmetros para cada cenário, considerando constrangimentos teóricos e experimentais. Para cada ponto, é calculada a fracção de decaimento a NLO para o decaimento do bosão de Higgs para um par de partículas de matéria escura, no esquema MS e nos dois esquemas process-dependent. Concluímos que o esquema OS process-dependent é o mais estável dos três, enquanto que o esquema MS é o mais instável. Concluímos que a instabilidade do esquema MS não pode ser atribuída à escolha de escala de renormalização e que este esquema de renormalização simplesmente não é adequado a este caso em particular. Concluímos também que a estabilidade dos esquemas process-dependent está relacionada com o limite superior de 10 GeV para a diferença entre as massas dos escalares neutros do sector escuro. Por fim, comparamos as fracções de decaimento dos pontos com o actual limite experimental dos decaimentos invisíveis do bosão de Higgs, BR(h125 → invisible) < 0.11, excluindo todos os pontos com correcções à largura parcial de decaimento maiores do que 100%. Concluímos que, se impusermos limites às correcções a 1-loop de modo a que a teoria de perturbações seja válida, a maioria das fracções de decaimento a NLO para os esquemas de renormalização process-dependent estão abaixo do limite experimental. Desta forma, ainda não é possível obter constrangimentos para o espaço de parâmetros da DDP do N2HDM a next-to-leading order. No entanto, à medida que as medições dos acoplamentos do bosão de Higgs e dos seus decaimentos invisíveis se tornam cada vez mais precisas, estamos certos de que no futuro poderemos utilizar este método para restringir o espaço de parâmetros do modelo.With the measurements of the Higgs boson couplings becoming more and more precise, its invisible decay width may prove to be a powerful tool in probing Standard Model extensions with dark sectors at the Large Hadron Collider (LHC). In this work, we calculate the one-loop electroweak corrections to the partial decay width of the Higgs boson decay into a pair of dark matter particles, in the context of the Next to-minimal 2-Higgs-doublet model in its dark doublet phase. We start by performing the renormalization of the scalar and gauge sectors of the N2HDM. With the renormalized model, we calculate the expressions for the one-loop corrected partial decay width and branching ratio of the Higgs boson decay into a pair of dark matter particles. In the end, we show that the current measurement on the Higgs-to-invisible branching ratio, BR(h125 → invisible) < 0.11, does not constrain the parameter space of the N2HDM at leading order. We also conclude that, by requiring the one-loop corrections to not be unphysically large, no constraints on the parameter space can be extracted yet at next-to-leading order.Santos, Rui Alberto dos 1966-Repositório da Universidade de LisboaGabriel, Pedro Tiago Lopes2021-08-31T11:34:35Z202120212021-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/49369TID:202934004enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:53:07Zoai:repositorio.ul.pt:10451/49369Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:01:01.931900Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
| dc.title.none.fl_str_mv |
One-loop corrections to Higgs decay to dark matter |
| title |
One-loop corrections to Higgs decay to dark matter |
| spellingShingle |
One-loop corrections to Higgs decay to dark matter Gabriel, Pedro Tiago Lopes Matéria Escura Bosão de Higgs Extensões ao Modelo Padrão N2HDM Renormalização Teses de mestrado - 2021 Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências Físicas |
| title_short |
One-loop corrections to Higgs decay to dark matter |
| title_full |
One-loop corrections to Higgs decay to dark matter |
| title_fullStr |
One-loop corrections to Higgs decay to dark matter |
| title_full_unstemmed |
One-loop corrections to Higgs decay to dark matter |
| title_sort |
One-loop corrections to Higgs decay to dark matter |
| author |
Gabriel, Pedro Tiago Lopes |
| author_facet |
Gabriel, Pedro Tiago Lopes |
| author_role |
author |
| dc.contributor.none.fl_str_mv |
Santos, Rui Alberto dos 1966- Repositório da Universidade de Lisboa |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Gabriel, Pedro Tiago Lopes |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
Matéria Escura Bosão de Higgs Extensões ao Modelo Padrão N2HDM Renormalização Teses de mestrado - 2021 Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências Físicas |
| topic |
Matéria Escura Bosão de Higgs Extensões ao Modelo Padrão N2HDM Renormalização Teses de mestrado - 2021 Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências Físicas |
| description |
Tese de mestrado em Física (Física Nuclear e Partículas), 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências |
| publishDate |
2021 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2021-08-31T11:34:35Z 2021 2021 2021-01-01T00:00:00Z |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| format |
masterThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://hdl.handle.net/10451/49369 TID:202934004 |
| url |
http://hdl.handle.net/10451/49369 |
| identifier_str_mv |
TID:202934004 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
| language |
eng |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação instacron:RCAAP |
| instname_str |
Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação |
| instacron_str |
RCAAP |
| institution |
RCAAP |
| reponame_str |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| collection |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação |
| repository.mail.fl_str_mv |
|
| _version_ |
1799134558099079168 |