Phénoménologie de nouveaux bosons chargés et neutres au-delà du Modèle Standard

1. Résumé du projet

Le Modèle Standard des particules et interactions élémentaires (MS) décrit de façon extrêmement précise le monde subatomique. Sa structure est simple et compacte pour l’énorme quantité de phénomènes qu’il explique. En 2012 le Centre Européen de Recherches Nucléaires (CERN) a annoncé la découverte du boson de Higgs dans le cadre des expériences réalisées au LHC (Large Hadron Collider). C’était la dernière pièce manquante du MS et pourtant, malgré toutes les victoires fracassantes du MS, beaucoup de physiciens pensent qu’il nous reste encore quelques leçons à apprendre, peut-être même pendant que le LHC est en marche.

Par exemple, le MS est une théorie quantique qui ignore les forces gravitationnelles car il n’existe pas encore de théorie quantique de la gravitation. Un autre problème provient de l’existence même du boson de Higgs ; ce problème est appelé le « problème de la hiérarchie de masses » (relié au fait que l’échelle de masse électro-faible et l’échelle de masse gravitationnelle sont séparées par 15 ordres de grandeur).

Les modèles à dimensions supplémentaires courbes sont une extension théorique du MS et s’adressent au problème de la hiérarchie, mais en plus ils peuvent utiliser leur nouvelle structure pour expliquer un autre casse-tête théorique connu comme le « problème de la saveur » (relié au fait que les masses des fermions ainsi que leurs interactions sont très différentes les unes des autres).

Dans ces modèles, le mécanisme de Higgs y est incorporé et va aussi donner naissance à un boson de Higgs (comme celui découvert au LHC). Mais ce n’est pas le seul boson prédit par ces modèles. D’autres particules reliées au Higgs pourraient être suffisamment légères pour elles-aussi être découvertes comme le ‘Kaluza-Klein (KK) Higgs’ pseudo-scalaire et le ‘KK Higgs’ chargé.

Le but du présent projet de recherche est de faire un regard général dans le secteur scalaire de ces modèles. Celui-ci pourrait ressembler fortement au secteur scalaire d’un autre type de modèle très populaire, les modèles supersymétriques. Les différences et les ressemblances doivent être étudiées de façon systématique au cas ou une nouvelle particule scalaire (ou pseudo scalaire, ou scalaire chargée) devait être découverte. Un calcul complet de production et désintégration des KK Higgs pseudo-scalaires et KK Higgs chargés n’existe pas encore pour la plupart des modèles à dimensions supplémentaires courbes.

Une étude phénoménologique systématique du secteur scalaire de ces modèles serait donc un complément très utile aux efforts menés au CERN pour élucider la nature du mécanisme de Higgs, la structure fondamentale des interactions élémentaires et la structure de notre espace-temps.