On-Shell Renormalization of the General 2HDM
(2025) FYSM64 20251Department of Physics
Particle and nuclear physics
- Abstract
- In this thesis, a comprehensive on-shell renormalization scheme for the potential of the general CP-violating Two-Higgs-Doublet Model (2HDM) at one-loop level is presented. We derive and implement two schemes that are self-consistent and do not rely on a set of consistency equations to be valid. We focus on showcasing the effects of different renormalization schemes and their implications on physical observables. This is done using a numerical approach and a parameter scan for parameters obeying some basic theoretical and experimental constraints. Most notably, we have seen that the inclusion of tadpole terms in the counterterm potential can significantly alter the strength of the electroweak phase transition. This work provides some... (More)
- In this thesis, a comprehensive on-shell renormalization scheme for the potential of the general CP-violating Two-Higgs-Doublet Model (2HDM) at one-loop level is presented. We derive and implement two schemes that are self-consistent and do not rely on a set of consistency equations to be valid. We focus on showcasing the effects of different renormalization schemes and their implications on physical observables. This is done using a numerical approach and a parameter scan for parameters obeying some basic theoretical and experimental constraints. Most notably, we have seen that the inclusion of tadpole terms in the counterterm potential can significantly alter the strength of the electroweak phase transition. This work provides some insight into the behaviour of the counterterm potential for different renormalization schemes, and provides a helpful guideline for on-shell renormalization schemes, which might help in future investigations of the general 2HDM. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Partikelfysik är det fält inom fysiken som syftar till att förstå universums mest fundamentala byggstenar och de krafter som styr deras beteende. Standardmodellen är den teori som med stor framgång beskriver alla kända elementarpartiklar och deras växelverkningar, med undantag för gravitationen. Upptäckten av Higgspartikeln vid LHC 2012 markerade en viktig milstolpe för den moderna fysiken. Den bekräftade Standardmodellens beskrivning av hur partiklar får massa.
Trots sina framgångar lämnar Standardmodellen flera grundläggande frågor obesvarade. Den förklarar inte mörk materia, gravitationen, eller varför neutriner har massa. En av de mest gåtfulla frågorna är varför det finns mer materia än antimateria i universum. Om båda skapades i... (More) - Partikelfysik är det fält inom fysiken som syftar till att förstå universums mest fundamentala byggstenar och de krafter som styr deras beteende. Standardmodellen är den teori som med stor framgång beskriver alla kända elementarpartiklar och deras växelverkningar, med undantag för gravitationen. Upptäckten av Higgspartikeln vid LHC 2012 markerade en viktig milstolpe för den moderna fysiken. Den bekräftade Standardmodellens beskrivning av hur partiklar får massa.
Trots sina framgångar lämnar Standardmodellen flera grundläggande frågor obesvarade. Den förklarar inte mörk materia, gravitationen, eller varför neutriner har massa. En av de mest gåtfulla frågorna är varför det finns mer materia än antimateria i universum. Om båda skapades i lika mängder i samband med Big Bang borde de ha förintat varandra fullständigt, ändå dominerar materia i dagens kosmos. Något som antyder att naturen på något sätt ”gynnade” materia över antimateria.
En möjlig lösning är så kallad elektrosvag baryogenes, en mekanism där överskottet av materia uppstår i samband med den fasövergång i det tidiga universum då det elektrosvaga symmetribrottet sker. Detta är den fasövergång där Higgsfältet "slog på" och gav partiklar massa. För att detta ska fungera måste fasövergången vara av så kallad stark första ordningen, vilket innebär att övergången sker abrupt, liknande som när vatten övergår till ånga. Tyvärr är denna process för svag i den vanliga Standardmodellen, vilket motiverar nya fysikaliska modeller där starkare fasövergångar är möjliga.
Mitt examensarbete undersöker en av de enklaste tänkbara utvidgningarna av Standardmodellen, den så kallade två-Higgs-dublettmodellen (2HDM), där vi istället har två samverkande Higgs-fält. Denna modell har potential att ge upphov till en starkare fasövergång och dessutom introducera nya källor till CP-symmetri brott (d.v.s. symmetrin mellan partiklar och antipartiklar), vilket är en nödvändig ingrediens för elektrosvag baryogenes.
Projektet kombinerar kvantfältteoretiska metoder med numeriska simuleringar. Särskilt fokus ligger på så kallade en-loop-korrektioner till den effektiva potentialen, samt på en renormeringsmetod där de fysikaliska partikelmassorna hålls fasta även efter kvantkorrigeringar, så kallad "på-skalet" renormering. Genom att systematiskt skanna modellens parameterutrymme, samtidigt som man uppfyller existerande experimentella och teoretiska begränsningar, studeras hur olika renormeringsscheman påverkar fysiskaliskt meningfulla värden, inklusive partikelmassor, partikelkopplingar och fasövergångens karaktär. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9211280
- author
- Holmström, Hjalmar LU
- supervisor
- organization
- course
- FYSM64 20251
- year
- 2025
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Two-Higgs-Doublet Model, 2HDM, on-shell renormalization, renormalization
- language
- English
- id
- 9211280
- date added to LUP
- 2025-09-05 15:33:00
- date last changed
- 2025-09-05 15:33:00
@misc{9211280,
abstract = {{In this thesis, a comprehensive on-shell renormalization scheme for the potential of the general CP-violating Two-Higgs-Doublet Model (2HDM) at one-loop level is presented. We derive and implement two schemes that are self-consistent and do not rely on a set of consistency equations to be valid. We focus on showcasing the effects of different renormalization schemes and their implications on physical observables. This is done using a numerical approach and a parameter scan for parameters obeying some basic theoretical and experimental constraints. Most notably, we have seen that the inclusion of tadpole terms in the counterterm potential can significantly alter the strength of the electroweak phase transition. This work provides some insight into the behaviour of the counterterm potential for different renormalization schemes, and provides a helpful guideline for on-shell renormalization schemes, which might help in future investigations of the general 2HDM.}},
author = {{Holmström, Hjalmar}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{On-Shell Renormalization of the General 2HDM}},
year = {{2025}},
}