Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Searching for signatures of compositeness of the Higgs boson

Bertenstam, Mårten LU (2021) FYTM03 20202
Department of Astronomy and Theoretical Physics
Theoretical Particle Physics
Abstract
In this master thesis we consider some phenomenological aspects of two-Higgs-doublet models, both elementary and composite ones. The emphasis is on calculating and understanding first order phase transitions in such models, constrained to be in agreement with existing collider data on the Higgs sector. We also consider the contribution to the gravitational wave background of the universe that would originate from such phase transitions, in order to investigate whether the models could be probed through the LISA, BBO and DECIGO gravitational wave detectors that are being planned. As a proof of concept, we find that we can generate model realizations with such first order phase transitions in both elementary and composite models. In the... (More)
In this master thesis we consider some phenomenological aspects of two-Higgs-doublet models, both elementary and composite ones. The emphasis is on calculating and understanding first order phase transitions in such models, constrained to be in agreement with existing collider data on the Higgs sector. We also consider the contribution to the gravitational wave background of the universe that would originate from such phase transitions, in order to investigate whether the models could be probed through the LISA, BBO and DECIGO gravitational wave detectors that are being planned. As a proof of concept, we find that we can generate model realizations with such first order phase transitions in both elementary and composite models. In the elementary case, we find at least a few benchmark points that would be in the observable range of LISA. However, more data would be needed to properly investigate correlations between the gravitational wave signals and other aspects of the models, such as the collider phenomenology. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Att föremål har massa är inte någonting vi ifrågasätter i det vardagliga livet. Att förstå \emph{varför} materiens minsta byggstenar, elementarpartiklarna, har massa är däremot inte så enkelt. I standardmodellen, som utgör den fysikaliska beskrivningen för naturens allra minsta beståndsdelar, spelar den så kallade Higgsmekanismen en avgörande roll för att förklara hur elementarpartiklar får massa. Higgsmekanismen i standardmodellen förutsäger existensten av en ny partikel, den så kallade Higgsbosonen. Genom dess upptäckt år 2012 i partikelacceleratorn LHC (Large Hadron Collider) i CERN var standardmodellen i någon mening fullbordad.

Samtidigt lämnar standardmodellen många frågor obesvarade, till exempel den om varför universum... (More)
Att föremål har massa är inte någonting vi ifrågasätter i det vardagliga livet. Att förstå \emph{varför} materiens minsta byggstenar, elementarpartiklarna, har massa är däremot inte så enkelt. I standardmodellen, som utgör den fysikaliska beskrivningen för naturens allra minsta beståndsdelar, spelar den så kallade Higgsmekanismen en avgörande roll för att förklara hur elementarpartiklar får massa. Higgsmekanismen i standardmodellen förutsäger existensten av en ny partikel, den så kallade Higgsbosonen. Genom dess upptäckt år 2012 i partikelacceleratorn LHC (Large Hadron Collider) i CERN var standardmodellen i någon mening fullbordad.

Samtidigt lämnar standardmodellen många frågor obesvarade, till exempel den om varför universum innehåller så ohyggligt mycket mer materia än antimateria.
En annan fråga rör massan hos Higgsbosonen själv. Enligt teoretiska argument borde denna massa vara betydligt större än vad experimentella mätningar visar. Dessa problem, och flertalet andra, kan angripas genom att införa ytterligare, nya slags Higgsbosoner i beskrivningen av naturen. En annan infallsvinkel är att beskriva Higgsbosonen eller Higgsbosonerna som sammansatta partiklar, istället för elementarpartiklar. Därigenom kan man på ett naturligt sätt förklara varför den påvisade Higgsbosonen är så lätt.

En intressant aspekt hos sådana utvidgade Higgsmodeller är att de, under vissa förut-sättningar, förutsäger en så kallad första ordningens fasövergång i ett mycket tidigt skede av universums början. Denna fasövergång kan liknas vid kokning av vatten, där små bubblor slumpmässigt uppstår, expanderar och kolliderar med varandra. En sådan fasövergång i det tidiga universum skulle vara en viktig pusselbit i att förklara det ovannämnda problemet gällande överskottet av materia jämfört med antimateria i universum. Vad som är särskilt spännande är att en sådan fasövergång, genom bubblornas expansion i det omgivande mediet, skulle kunna ge upphov till så kallade gravitationsvågor. Sådana vågor kan, om de är tillräckligt kraftiga, uppmätas av framtida gravitationsvågsdetektorer. Det föreliggande arbetet syftar till att studera dessa fenomen hos utvidgade Higgsmodeller, och koppla dem till signaler som kanske kan uppmätas i framtida partikelacceleratorexperiment. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Bertenstam, Mårten LU
supervisor
organization
course
FYTM03 20202
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
two-Higgs-doublet model, composite Higgs model, composite two-Higgs-doublet model, phase transition, cosmological phase transition, electroweak phase transition, gravitational waves, gravitational wave background
report number
LU-TP 21-07
language
English
id
9038718
date added to LUP
2021-01-29 10:27:59
date last changed
2022-06-28 11:26:18
@misc{9038718,
  abstract     = {{In this master thesis we consider some phenomenological aspects of two-Higgs-doublet models, both elementary and composite ones. The emphasis is on calculating and understanding first order phase transitions in such models, constrained to be in agreement with existing collider data on the Higgs sector. We also consider the contribution to the gravitational wave background of the universe that would originate from such phase transitions, in order to investigate whether the models could be probed through the LISA, BBO and DECIGO gravitational wave detectors that are being planned. As a proof of concept, we find that we can generate model realizations with such first order phase transitions in both elementary and composite models. In the elementary case, we find at least a few benchmark points that would be in the observable range of LISA. However, more data would be needed to properly investigate correlations between the gravitational wave signals and other aspects of the models, such as the collider phenomenology.}},
  author       = {{Bertenstam, Mårten}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Searching for signatures of compositeness of the Higgs boson}},
  year         = {{2021}},
}