Phénoménologie au-delà du Modèle Standard : Extension par deux Singlets comme prototype

Abstract

Le phénomène de brisure de la symétrie électrofaible décrit dans le Modèle Standard Minimal de la physique des particules (MSM) par le mécanisme de Brout-Englert-Higgs demeurent l’une des aventures les plus fascinantes de la science fondamentale du XXe siècle. Ce mécanisme prédit dans son spectre de masse l’existence d’une particule scalaire de spin 0. Avec la découverte d’une particule scalaire dont les caractéristiques sont compatibles avec boson de Higgs du MSM ayant une masse d’environ 125 GeV par les expériences de grand collisionneur hadronique (LHC) en 04 juillet 2012, la physique des particules est entrée dans nouvelle ère passionnante. Ceci constitue un nouveau succès en faveur du MSM. En fait, malgré le succès expérimental du MS, il existe des indications expérimentales et théoriques selon lesquelles le modèle ne décrit pas la nature dans ses moindres détails. Au lieu de ça, le modèle standard est considéré comme une théorie efficace valable jusqu’aux énergies sondées lors d’expérience passées et récentes sur des collisionneurs. Ce n’est donc qu’un modèle approximatif d’une théorie plus générale et complète. Cependant, il est possible d’élaborer des modèles au-delà du MSM pour rendre compte des faiblesses du MSM. En effet, de nombreuses extensions ont été étudiées au cours des deux dernières décennies, citons par exemple les modèles avec un secteur de Higgs étendu comme le modèle à deux doublets de Higgs (2HDM). Les modèles supersymétriques comme le modèle supersymétriques minimale (MSSM), les modèles triplet de Higgs qui prévoient l’existence d’un boson de Higgs doublement chargé et qui permet la génération de la masse des neutrinos, ainsi que les modèles qui fournir des particules candidates pour la matière noire comme le modèle standard étendu par deux champs singlets scalaires réels (TRSM) qui fait objet de ca travail. Dans un premier temps, et après une introduction générale du MSM, on décrit le TRSM, en tant qu’extension non-supersymétrique du MSM et en définissant le potentiel scalaire ainsi que le secteur scalaire et leur matrice de masse. Par la suite, nous étudions les contraintes théoriques qui y inclussent : les contraintes d’unitarité perturbative, les contraintes BFB pour que le potentiel soit borné inférieurement (Bounded From Below), perturbativité et la stabilité du vide, en examinant tous le secteur scalaire de Higgs. Ensuite, nous déterminons l’expression du condition de Veltman modifiée (mVC) dans le cadre de TRSM qui est une contrainte théorique supplémentaire qui peut limiter l’espace des paramètres de notre modèle. En se basant sur ces contraintes, on a établi les bornes théoriques sur les masses des bosons de Higgs physiques, les couplages quartiques du potentiel et les angles de mélange en présence de mVC et en tenant comptent des dernières contraintes expérimentales du LHC. Suite à l’importance que présente la production et désintégration du boson de Higgs, on a étudié les effets du mVC sur les recherches au LHC des signatures de désintégration de Higgs à Higgs. Dans cette étude, nous proposons deux scénarios de référence qui ont déjà été abordés par certains physiciens, et montrent comment la situation changera lorsque la mVC sera atteint. Enfin, nous avons étudié la production de particules élémentaires auprès de collisionneurs e + e - en présence d’un champ électromagnétique. Tout d’abord, nous rappelons brièvement la construction théorique du modèle HTM, une extension du MSM qui permet la génération de la masse des neutrinos, et qui posséde un boson de Higgs typiquement standard et qui prédit aussi l’existence de nouvelle particules scalaires neutres H0, A0, simplement chargé H ± et doublement chargé H ±± . Ensuite, nous traitons la production d’une paire du boson de Higgs doublement chargé H ±± et la production d’un boson de Higgs simplement chargé H ± en association avec un boson W∓ en présence de champ laser. Enfin, les résultats obtenus sont interprétés et discutés.