A global approach to physics beyond the Standard Model

Laburpena

A descoberta do bosão de Higgs representou um momento extraordinário para a Física de Partículas, uma vez que foi a verificação experimental da última peça do Modelo Padrão. No entanto, a busca por uma teoria fundamental da Natureza continua, já que o Modelo Padrão enfrenta ainda vários desafios, tanto experimentais como teóricos, motivando várias propostas de teorias para além do Modelo Padrão. O trabalho desenvolvido na presente tese segue duas direções complementares na pesquisa por nova física: uma abordagem motivada por modelos específicos, que tem como objetivo explorar assinaturas experimentais comuns a várias classes de modelos; e uma abordagem baseada na teoria de campo efetiva, válida se a nova física for suficientemente pesada, em que podemos parametrizar os efeitos de nova física sem ter de especificar nenhum modelo. Apesar da primeira abordagem abranger, por definição, menos modelos de nova física, é possível desenvolver estratégias para que a análise seja aplicável a várias classes de modelos. Para além disso, se a nova física incluir campos leves, esta abordagem tem necessariamente que ser seguida. No âmbito desta abordagem, considerámos modelos de Higgs composto, em que o problema da hierarquia associado ao bosão de Higgs pode ser explicado considerando que este é um bosão de Goldstone. Estas teorias compostas prevêem a presença de novos fermiões. Deste modo, desenvolvemos análises para procurar por leptões pesados em colisionadores, considerando diferentes decaimentos para os mesmos e estudando a complementaridade entre estes testes e outras observáveis associadas a matéria escura. Na segunda abordagem, independente de modelos, extendemos os cálculos existentes no contexto da teoria efetiva do Modelo Padrão considerando operadores de dimensão 8. Estes termos são importantes do ponto de vista experimental, já que algumas observáveis recebem as principais contribuições a esta ordem, mas também porque os coeficientes destes operadores podem ser constrangidos por argumentos teóricos. Para além disso, estudámos uma extensão desta teoria efetiva incluindo um pseudo-escalar leve, motivado pelas teorias de Higgs composto. Finalmente, usámos também a teoria efetiva do Modelo Padrão para ligar resultados experimentais com nova física através da classicação sistemática de modelos que podem gerar os operadores que contribuem para o momento magnético anómolo dos muões.