Effective Field Theory for QCD-like Theories and Constraints on the Two Higgs Doublet Model

Abstract

This thesis includes two topics.

The first three papers is the major part of this thesis, which is about higher order calculations in the effective field theories of three QCD-like theories. These three QCD-like theories are distinguished by having quarks in a complex, real or pseudo-real representation of gauge group. We wrote their effective field theories in a very similar way so that the calculations can be done using techniques from chiral perturbation theory. We calculated the vacuum-expectation-value, the mass and the decay constant of pseudo-Goldstone bosons up to next-to-next-to leading order (NNLO) in paper I. The various channels of general meson-meson scattering of the three cases were calculated up to NNLO in paper II. In paper III, we calculated the vector, axial-vector, scalar, pseudo-scalar two-point functions and pseudo-scalar decay constant GM up to two-loop level. We also calculated the S parameter for those different QCD-like theories at the TeV scale.

The second topic concerns the evolution of Yukawa couplings in general twoHiggs doublet models (2HDM). In paper IV, using the updated experimental and theoretical data, we give the latest constraints on the parameters lambda_ij of the Cheng-Sher ansatz for 2HDM. We show the constraints from the Landau poles and large nondiagonal lambda_ij at a high scalewith various input at electroweak scale for three different cases: models with Z2 symmetry, models with Z2 symmetry breaking but still aligned or diagonal, and models with the Cheng-Sher ansatz.

Abstract (Swedish)

Denna avhandling handlar om teoretisk partikelfysik. Partikelfysik handlar om elementarpartiklar och hur dessa växelverkar med varandra, dvs vilka krafter som verkar mellan dem. Detta är hur materien ser ut på den minsta skala vi har kunnat studera experimentellt. Den teori som beskriver de starka, svaga och elektromagnetiska krafterna och de materiepartiklar som vi känner till, kvarkar och leptoner, kallas för standardmodellen. Standardmodellen består av tre så kallade gauge symmetrier för den elektrosvaga, som är en gemensam beskrivning av den svaga och den elektromagnetiska, och den starka kraften. Den elektrosvaga symmetrin måste vara bruten via en mekanism som kallas för spontant symmetribrott för att elementarpartiklarna ska kunna få massor i överenstämmelse med vad som mäts upp experimentellt.
Standardmodellen som helhet är en stor framgång i vår förståelse av universums all minsta beståndsdelar. Icke desto mindre finns det forfarande en del oklarheter i teorin och framförallt när det gäller hur den elektorsvaga symmetrin bryts. Den del av teorin, den så kallade Higgs sektorn, som står för hur elementarpartiklar får massa är ännu inte experimentellt bekräftad. Det enklaste sättet att göra detta är med ett enda Higgsfält som har ett nollskilt värde i vakuum, dvs i universums grundtillstånd, kallad vakuumförväntansvärde.
Denna avhandling bidrar på två olika sätt till att ersätta Higgs sektorn i standardmodellen.
Det första tre artiklarna handlar om så kallade QCD-lika teorier. De liknar teorin för den starka kraften (QCD) på det sättet att de fundamentala partiklarna, ofta kallad technikvarkar i detta sammanhang, inte är direkt synliga utan bara kan finnas i bundna tillstånd. I stället för att som i standardmodellen det är Higgsfältet som får ett förväntansvärde är det en kombination av technikvarkfälten som får det. Denna allmänna typ av alternativa Higgs
sektorer kallas för technicolor och går under namnet dynamiskt elektrosvagt symmetribrott. Eftersom dessa teorier också har en stark kraft kan man inte direkt använda vanlig störningsräkning för att studera dem. I stället behöver man anv¨anda ickesörningsmässiga metoder. De tre första artiklarna i avhandlingen handlar om studier av QCD-lika teorier med en metod som kallas effektiv fältteori. Ett antal fysikaliska storheter har utvecklats till tredje ordningen.
Dessa formler gör det möjligt att extrapolera stora numeriska simuleringar för QCD-lika teorier som man måste göra med massan för technikvarkarna till det masslösa fall man behöver för dynamiskt elektrosvagt symmetribrott.
Den sista artikeln handlar om ett av de enklaste sätten att utvidga standardmodellen. Man antar att det finns två Higgsfält i stället för ett. Teorin blir därigenom mer allmän, men man har redan nu begränsningar på denna typ av modeller från experimentella mätningar. I denna avhandling studerar vi en av dessa begränsningar. Man antar att modellen måste vara komplett också för mycket högre energiskalor än vi har experimentell tillgång till. De begränsningar som detta antagande ger för kopplingarna av Higgsfälten till kvarkar och leptoner, så kallade Yukawa kopplingar, är mycket starka och studiet
av dessa är innehållet för den sista artikeln.

• author: Lu, Jie
• supervisor: Johan Bijnens
• opponent: Professor Pelaez, Jose, Dept. de Física Teórica II, Facultad de Ciencias Físicas, Universidad Complutense de Madrid, Spain
• organization: Theoretical Particle Physics - Has been reorganised
• publishing date: 2011
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Subatomic Physics
• keywords: QCD-like, effective field theory, symmetry breaking, renormalization group, two Higgs doublet model
• pages: 214 pages
• defense location: Sal F in Physics Building
• defense date: 2012-02-03 10:15:00
• ISBN: 978-91-7473-222-1
• language: English
• LU publication?: yes
• id: a1c6fdf2-189c-416f-a47c-df85c5b73130 (old id 2224761)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:19:37
• date last changed: 2021-03-22 13:39:58