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13 juin 2008 Julien Baglio
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Phénoménologie des bosons de Higgs dans le nMSSM
Présentation du projet bibliographique
Master 2 de physique théorique de Paris
Sous la direction de Pierre Binetruy
13 juin 2008 Julien Baglio
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Plan
• Présentation de la supersymétrie
• Présentation du MSSM
• Le μ-problem et la motivation du nMSSM
• Phénoménologie du Higgs dans le nMSSM et sa comparaison avec le MSSM
13 juin 2008 Julien Baglio
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pourquoi ?
3 raisons (parmi d’autres…) :
• Unification des constantes de couplage
• Stabiliser la masse du boson de Higgs
• Fournir un candidat à la matière noire
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concepts de baseÉchange bosons et fermions et introduction d’un
opérateur Q :
Q | boson⟩ =| fermion⟩Q | fermion⟩ =|boson⟩
Symétrie généralisant les symétries del’espace-temps, nouvelle algèbre :
[P,Q]=0, [Q,Q] =0
{Qα ,Qβ } =2σαβmPm
13 juin 2008 Julien Baglio
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brisure de symétrie
A notre échelle, la supersymétrie est doncbrisée
Chaque boson possède un superpartenaire fermionique, et vice-versa
Or par exemple, on ne connaît pas de bosonde même charge que l’électron, de même masse,etc…
Dans le cadre du MSSM et du nMSSM, cette brisure est mise à la main :
les masses des partenaires supersymétriques sont des paramètres libres du modèle
13 juin 2008 Julien Baglio
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superpotentiel et lagrangien
On décrit un modèle supersymétrique à l’aide de superchamps, fonctions de l’espace-temps et des coordonnées de Grassmann θ et
On construit des superpotentiels qui engendrent le lagrangien, qui peut ensuite se réécrire avec les composantes des superchamps et leurs interactions :
θ
W =LiΦi +12
M ijΦiΦ j +16
yijkΦiΦ jΦk
L =δ(Φi
†Φi )δ(θθθθ)
+δWδ(θθ)
+h.c.⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
13 juin 2008 Julien Baglio
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Plan
• Présentation de la supersymétrie
• Présentation du MSSM
• Le μ-problem et la motivation du nMSSM
• Phénoménologie du Higgs dans le nMSSM et sa comparaison avec le MSSM
13 juin 2008 Julien Baglio
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sa zoologie• Secteur gaugino-higgsino : mélange de masse
donnant naissance aux neutralinos et aux charginos• Deux doublets de Higgs pour annuler les anomalies
et parce que les superchamps sont chiraux, donc 5 bosons de Higgs ; 2 vev
• R-parité : particules supersymétriques produites en paires, la plus légère stable (matière noire ?)
v1 et v2 , tanβ =v2v1 et vSM
2 =v12 +v2
2
13 juin 2008 Julien Baglio
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superpotentiel du MSSM
WMSSM =u y[ ]uQHu −d y[ ]dQHd −e y[ ]e LHd + μHuHd
Cela induit notamment les termes suivants pour le secteur des Higgs:
Lm,Higgs =−μ 2 Hu0 2
+ Hu+ 2
+ Hd0 2
+ Hu− 2
( )
Lsoft,Higgs =−mHu
2 HuHu* −mHd
2 HdHd* − bHuHd +h.c.( )
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secteur neutre des Higgs
Il y a 4 neutralinos, résultats du mélange des deux higgsinos neutres, du zino et du photino
χ~
i
0
= a1 h10
~
+ a2 h20
~
+ a3 W~
+ a4 γ~
4 paramètres pour le mélange :
M1, M 2 , μ, tanβ
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secteur chargé des Higgs
Il y a 2 charginos, résultats du mélange des deux higgsinos chargés et des winos
χ~
i
±
= b1 h±~
+ b2 W ±~
3 paramètres pour le mélange :
M 2 , μ, tanβ
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Plan
• Présentation de la supersymétrie
• Présentation du MSSM
• Le μ-problem et la motivation du nMSSM
• Phénoménologie du Higgs dans le nMSSM et sa comparaison avec le MSSM
13 juin 2008 Julien Baglio
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Le μ-problem et le nMSSMproblème du MSSM
Rien ne fixe dans le MSSM la valeur du paramètre μ, qui doit être de l’ordre de 102 GeV pour donner un vev de l’ordre de 200 GeV naturellement : qu’est ce qui fixe μ à être du même ordre de grandeur que msoft et non de l’ordre de grandeur de MP?
C’est le μ-problem
Le nMSSM : on rajoute un superchamp singulet de Higgs au MSSM, dont le vev va donner un μ effectif
13 juin 2008 Julien Baglio
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Le μ-problem et le nMSSMle nouveau potentiel scalaire
Nouveaux termes dans le superpotentiel et suppression du terme en μ :
WS =λSHuHd +κ3
S3
κ ≠0 pour éviter un boson de Goldstone non souhaité
Vscalaire = κS2 +λHu0Hd
0( )2+λ2 S 2 Hu
0 2+ Hd
0 2
( )+
AλλSHu0Hd
0 +Aκκ3
S3 +h.c.⎛⎝⎜
⎞⎠⎟+mu
2 Hu0 +md
2 Hd0 +mS
2 S 2
+g2 +g'2
4Hu
0 2−Hd
0 2
( )2
potentiel scalaire à l’arbreμeff = λ S apparaît alors
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Le μ-problem et le nMSSMmélange du secteur de Higgs
Deux nouveaux Higgs neutres provenant du singulet S
Mélange donnant : - 3 bosons de Higgs scalaires H1, H2 , H 3
- 2 bosons de Higgs pseudo-scalaires A1, A2
- 2 bosons de Higgs chargés H ±
Le mélange dépend maintenant des deux nouveaux paramètres κ et λ, qui sont petits (par rapport à MSUSY) pour satisfaire les contraintes expérimentales
mH ±2 =MW
2 1−λg'2
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟+ μeff
1+ tan2 βtanβ
⎛
⎝⎜⎞
⎠⎟Aλ +κ S( ) à l'arbre
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Le μ-problem et le nMSSMsuperpartenaires des Higgs
On obtient un nouveau fermion, le singlino %S
Mélange avec les superpartenaires des Higgs et du secteur de jauge électrofaible du MSSM dans le cas général :
%γ, %W ± , %Z, %Hu , %H d , %S → %χ i=1..50 , %χ i=1,2
±
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Plan
• Présentation de la supersymétrie
• Présentation du MSSM
• Le μ-problem et la motivation du nMSSM
• Phénoménologie du Higgs dans le nMSSM et sa comparaison avec le MSSM
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Phénoménologie du nMSSMsecteur des Higgs et corrélations
contraintes expérimentales+contraintes sur le vide ⇒ λ,κ petits
λ ≤0.32, κ ≤0.33 (cf réf Ellwanger), et S > v1,v2
Ainsi le singulet est relativement découplé et la phénoménologie est très proche du MSSM
Point important : le nMSSM introduit des corrélations dans le spectre de masse, même avec un fort découplage du singulet
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Phénoménologie du nMSSMsuperpartenaires du secteur scalaire
À l'échelle GUT, M 0 ≥90 GeV, idem MSSM ; M
χ1± ; M2 (état wino)
Il y un mélange faible entre les higgsinos et le singlino : le singlino reste un état quasi-pur
La grosse différence avec le MSSM : il est possible que le singlino soit le LSP (ce qui
induit des corrélations dans le spectre)
Désintégration %χ10 → %S, %χ1
0 étant alors principalement %γ
Les recherches du LSP deviennent alors des recherches du nLSP
13 juin 2008 Julien Baglio
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Phénoménologie du nMSSMle c(M+1)SSM
Le c(M+1)SSM : contraindre au maximum le nombre
de paramètres, en partant des conditions d'universalité à MGUT
5 paramètres au départ : M1/2 , M 0 , At ,λ, tanβκ,mS
2 , μeff obtenus par minimisation de potentiel
M 02 =mS
2 imposé dans l'espace des paramètres étudié
tanβ alors est fixé par cette contrainte dès que
les autres paramètres sont fixés
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Phénoménologie du nMSSMle c(M+1)SSM
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(Djouadi et al, 2008)
Un paramètre suffit à décrire le modèle une fois les contraintes expérimentales données
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Conclusion Le nMSSM ou (M+1)SSM permet de résoudre
le μ-problem
La phénoménologie du nMSSM est proche du
MSSM, mais la différence majeure sur le LSP
peut modifier les recherches sur ledit LSP
Le cNMSSM semble pouvoir être décrit par 1
paramètre, d’autres études
phénoménologiques sont nécessaires
13 juin 2008 Julien Baglio
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Références Supersymmetry and Supergravity - J. Wess et J. Begger, Princeton
Series in Physics A SUSY Primer - S. Martin, hep-ph/9709356 (1997) Supersymmetry and the Linear Collider - J. Feng et M. Nojiri,
hep-ph/0210390 (2002) Higgs bosons in a non-minimal SUSY model - J. Ellis, J.F. Gunion, H.
E. Haber, L. Roszkowski et F. Zwirner, Phys. Rev. D, volume 39 n. 3 (1989)
Phenomenology of SUSY models with a singlet - U. Ellwanger, M. Rausch de Traubenberg et C.A. Savoy, hep-ph/9611251v1 (1996)
The constrained next-to-minimal SUSY standard model, A. Djouadi, U. Ellwanger et A.M. Teixeira, arXiv:0803.0253v1 (2008)
13 juin 2008 Julien Baglio
QuickTime™ et undécompresseur TIFF (non compressé)sont requis pour visionner cette image.QuickTime™ et undécompresseur TIFF (non compressé)sont requis pour visionner cette image. Supplément
Mélange D−D
La section efficace de ce diagramme dépend d’une
quantité δPQ =δ m
M SUSY
< 10−2
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