New physics adventures in the lhc age

Resumen

La física de partículas está viviendo actualmente una era de exploración que comenzó con la observación en el LHC del bosón de Higgs, proporcionando así al Modelo Estándar de la Física de Partículas la elusiva pieza final que lo completa. Si bien esta teoría es extremadamente exitosa, se acepta comúnmente que no es la teoría final ya que no puede responder a todas las preguntas teóricas ni a ciertas observaciones experimentales. Por lo tanto, se espera que Nueva Física que extienda al Modelo Estándar aparezca pronto, aunque esto bien podría ser sólo una esperanza. Esta tesis recoge algunas de las aventuras en la búsqueda de Nueva Física. Se organiza en tres partes: la Parte I introduce, en inglés, los principales temas de la tesis y establece la notación y marcos teóricos que se utilizan más tarde. Esta parte contiene temas que son de conocimiento general en la literatura y pretende ser una introducción amplia. Por el contrario, la Parte II, también en inglés, se dedica específicamente a compilar la investigación científica que se hizo durante el doctorado y, por tanto, es de naturaleza más técnica que la parte anterior. La Parte III contiene un resumen de la tesis en Español. La Parte I está organizada de la siguiente forma. En el Capítulo 1 se introduce el Modelo Estándar, sus principales características, y varias cuestiones teóricas y experimentales que este marco teórico no puede explicar. El resto de esta parte se dedica al análisis de varias extensiones del Modelo Estándar. En particular, en el Capítulo 2 se presenta el modelo de dos dobletes de Higgs, una extensión mínima del Modelo Estándar donde se añade un doblete de Higgs adicional al sector escalar de la teoría. En este capítulo se hace especial hincapié en el problema del sabor del modelo de dos dobletes de Higgs y se estudian sus soluciones. El Capítulo 3 presenta el problema de violación de CP en el sector fuerte en cierto detalle, junto con una discusión sobre la solución de Peccei-Quinn y su fenomenología asociada. En el Capítulo 4 introducimos el concepto de Teorías Efectivas y mostramos cómo construirlas a partir de un modelo ultravioleta dado usando técnicas funcionales. También mostramos ejemplos de Teorías Efectivas dentro del marco teórico del Modelo Estándar que introducen un enfoque complementario en la búsqueda de Nueva Física. Finalmente, en el Capítulo 5 presentamos las recientes anomalías experimentales en desintegraciones del mesón B y discutimos sus principales implicaciones. Mientras que la Parte I sigue una discusión más lineal, con cada capítulo basado en los anteriores, la Parte II está estructurada en tres capítulos esencialmente independientes. El Capítulo 6 extiende los métodos funcionales para la construcción de Teorías Efectivas introducidos en el Capítulo 4. En el Capítulo 7 presentamos tres modelos construidos para proporcionar una explicación a las anomalías en la física del mesón B. Estos se basan en varias extensiones del sector gauge del Modelo Estándar, cada una de las cuales da lugar a predicciones experimentales características diferentes. En el Capítulo 8 se introducen dos modelos de axión invisible que incluyen propiedades adicionales no presentes en las implementaciones originales. La Parte III contiene un único capítulo que resume en Español los principales objetivos, la metodología y las conclusiones de la presente tesis.