Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Exploring electroweak symmetry breaking in the scale-invariant Two-Higgs-Doublet Model

Rustas, Erik LU (2023) FYTM04 20231
Department of Physics
Theoretical Particle Physics - Has been reorganised
Abstract
This thesis investigates the properties of a general scale-invariant Two-Higgs-Doublet Model and its phenomenological consequences with focus on the scalar sector. The concept suggests that introducing more CP-violation, both spontaneous and explicit, may make it possible to meet the Sakharov conditions and account for the Universe's baryon asymmetry. We define a modified renormalization scheme to preserve the mixings and masses of all the Higgs bosons, except for the physical Standard Model-like one, when going to effective theory. The latter is massless at tree-level, since the scale-invariant theory has a flat direction and only gets mass at one-loop level when the electroweak symmetry is broken.

We conduct a parameter scan applying... (More)
This thesis investigates the properties of a general scale-invariant Two-Higgs-Doublet Model and its phenomenological consequences with focus on the scalar sector. The concept suggests that introducing more CP-violation, both spontaneous and explicit, may make it possible to meet the Sakharov conditions and account for the Universe's baryon asymmetry. We define a modified renormalization scheme to preserve the mixings and masses of all the Higgs bosons, except for the physical Standard Model-like one, when going to effective theory. The latter is massless at tree-level, since the scale-invariant theory has a flat direction and only gets mass at one-loop level when the electroweak symmetry is broken.

We conduct a parameter scan applying experimental and theoretical constraints, including oblique parameters, unitarity, positivity, and global minimum verification at one-loop. We discover multiple parameter points that satisfy these constraints in the effective theory. The oblique parameters constraint shows a preference for masses close to each other. In addition, the effective parameters removed the majority of valid tree-level parameters, with the positivity constraint being the most restrictive factor. When examining the parameter space, it becomes apparent that points with low tan(beta) values are generally preferred. Also, unitarity excludes regions of parameter space where the vacuum expectation value is purely imaginary. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
När vi tittar ut i universum ser vi bara materia, även fast vi vet att antimateria finns. Enligt teorin borde antimateria, som är precis som vanlig materia fast med motsatt laddning, producerats i lika stora mängder vid Big Bang. Partikelacceleratorn LHC i Schweiz genererar lika mycket materia och antimateria i partikelkollisioner som påminner om de som skedde i samband med Big Bang. Så det skulle vara logiskt att det fanns en symmetri mellan mängden materia och antimateria i universum. Detta problem kallas för baryonasymmetri eller materia-antimateria-asymmetri (där baryoner är de materiepartiklar som består av tre kvarkar). Så det måste ha funnits en mekanism som orsakade en förändring i symmetrin strax efter Big Bang, vilket ledde till... (More)
När vi tittar ut i universum ser vi bara materia, även fast vi vet att antimateria finns. Enligt teorin borde antimateria, som är precis som vanlig materia fast med motsatt laddning, producerats i lika stora mängder vid Big Bang. Partikelacceleratorn LHC i Schweiz genererar lika mycket materia och antimateria i partikelkollisioner som påminner om de som skedde i samband med Big Bang. Så det skulle vara logiskt att det fanns en symmetri mellan mängden materia och antimateria i universum. Detta problem kallas för baryonasymmetri eller materia-antimateria-asymmetri (där baryoner är de materiepartiklar som består av tre kvarkar). Så det måste ha funnits en mekanism som orsakade en förändring i symmetrin strax efter Big Bang, vilket ledde till att det bara finns materia i universum. Flera teorier kan förklara denna mekanism, men en populär teori är den elektrosvaga baryogenes. Denna mekanism förklarar asymmetrin i den elektrosvaga epoken, som är strax efter Big Bang. Under denna tidpunkt i universums tidslinje får partiklarna sina massor från Higgs-partikeln, vilket gör denna epok särskilt intressant för problemet med materia/antimateria i universum.

Standardmodellen, den mest effektiva teorin för att förklara partiklar och hur de växelverkar, kan inte förklara baryonasymmetrin. Det är därför vi gör en minimal utökning av standardmodellen. Två-Higgs-dublettmodeller (2HDM) är ett exempel, med 5 Higgspartiklar (tre oladdade och två laddade) jämfört med standardmodellens enda oladdade Higgs-partikel. Denna lilla vidgning gör det möjligt att elektrosvag baryogenes är en giltig teori för att förklara materia/antimateria-problemet i universums tidiga utveckling.

Vårt arbete fokuserar på en skalinvariant teori inom 2HDM, vilket innebär att alla parameterar bara är tal/dimensionslösa. Skalinvariansen gör att Higgspartikeln bara får massa tack vare kvantloopskorrigeringar, vilket kräver tillämpning av kvantmekanik. Till exempel, låt oss föreställa oss en partikel som rör sig från A till B. Denna resande partikel skulle röra sig från A till B utan problem enligt klassisk mekanik, men vi måste ta hänsyn till kvanteffekter eftersom vi talar om väldigt små objekt. När en partikel reser och kolliderar med en annan partikel kan det orsaka en liten förändring i beteendet hos den resande partikeln, liknande hur en bil kan sakta ner om den träffar ett farthinder. Genom att utföra matematiska beräkningar kan vi bestämma omfattningen av denna förändring, vilket kallas kvantloopkorrigeringar. I grund och botten är kvantloopkorrigeringar ytterligare information som vi lägger till vår initiala beräkning för att förbättra dess noggrannhet.

Forskare använder både teoretisk och experimentell bevis för att säkerställa att deras idéer stämmer överens med naturliga fenomen. Genom att ha hittat möjliga parametrar som uppfyller både teoretiska och experimentella krav öppnar det upp för en potentiell lösning på materia- och antimateria-problemet. Detta gäller dock under antagandet att teorin om elektrosvag baryogenes är korrekt. Genom att vidare undersöka och verifiera denna teori kan vi förhoppningsvis få en djupare förståelse av de grundläggande mekanismerna som styr universums utveckling. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Rustas, Erik LU
supervisor
organization
course
FYTM04 20231
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Two-Higgs-Doublet Models, 2HDM, Scale-invariance, Baryogenesis, BSM, Baryon Asymmetry, Coleman-Weinberg Potential, Theoretical Particle Physics
language
English
id
9121291
date added to LUP
2023-06-13 11:12:08
date last changed
2023-08-30 15:06:26
@misc{9121291,
  abstract     = {{This thesis investigates the properties of a general scale-invariant Two-Higgs-Doublet Model and its phenomenological consequences with focus on the scalar sector. The concept suggests that introducing more CP-violation, both spontaneous and explicit, may make it possible to meet the Sakharov conditions and account for the Universe's baryon asymmetry. We define a modified renormalization scheme to preserve the mixings and masses of all the Higgs bosons, except for the physical Standard Model-like one, when going to effective theory. The latter is massless at tree-level, since the scale-invariant theory has a flat direction and only gets mass at one-loop level when the electroweak symmetry is broken.
 
We conduct a parameter scan applying experimental and theoretical constraints, including oblique parameters, unitarity, positivity, and global minimum verification at one-loop. We discover multiple parameter points that satisfy these constraints in the effective theory. The oblique parameters constraint shows a preference for masses close to each other. In addition, the effective parameters removed the majority of valid tree-level parameters, with the positivity constraint being the most restrictive factor. When examining the parameter space, it becomes apparent that points with low tan(beta) values are generally preferred. Also, unitarity excludes regions of parameter space where the vacuum expectation value is purely imaginary.}},
  author       = {{Rustas, Erik}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Exploring electroweak symmetry breaking in the scale-invariant Two-Higgs-Doublet Model}},
  year         = {{2023}},
}