Teorias Multi-Higgs

Pablo Vasconcelos

18 de junho de 2013

Pablo Vasconcelos (UFCG) Teorias Multi-Higgs 18 de junho de 2013 1 / 28

A Descoberta do Boson de Higgs

4 de Julho de 2012

O Modelo Padrao das Partıculas Elementares.

O Mecanismo de Quebra de Simetria.

Partıcula Escalar.

ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS ) e CMS (Compact MuonSolenoid ).

Observacao de uma partıcula com massa entre 125 e 126 GeV.

Nıvel de confianca de 5σ = 99, 99994%.

Decaimento em pares de fotons ⇒ spin 0 e spin 2.

Canais de decaimento

4 de Julho de 2012

Partıcula Escalar.

4 de Julho de 2012

Partıcula Escalar.

4 de Julho de 2012

Partıcula Escalar.

4 de Julho de 2012

Partıcula Escalar.

4 de Julho de 2012

Partıcula Escalar.

4 de Julho de 2012

Partıcula Escalar.

4 de Julho de 2012

Partıcula Escalar.

4 de Julho de 2012

Partıcula Escalar.

Decaimento do Higgs

decay mode.jpg

Branching Ratio

ratio.jpgPablo Vasconcelos (UFCG) Teorias Multi-Higgs 18 de junho de 2013 4 / 28

13 de Marco de 2013

Atualizacao ATLAS e CMS.

Nıvel de confinca de 10σ.

a nova partıcula de fato e o BOSON HIGGS!

Por que isso e importante?

13 de Marco de 2013

O Modelo Padrao

A Teoria

Motivacao

n0 −→ p+ + e− + νe (1)

Grupo de Gauge: SU(3)c ⊗ SU(2)L ⊗ U(1)y

Lagrangiana de MP:

LMP = Lfermions + Lyukawa + Lgauge + Lescalar (2)

Setor Escalar

Mecanismo de Higgs

Quebra Espontanea de Simetria (QES)

O Modelo Padrao

A Teoria

Motivacaon0 −→ p+ + e− + νe (1)

Lagrangiana de MP:

Setor Escalar

Mecanismo de Higgs

O Modelo Padrao

A Teoria

Lagrangiana de MP:

Setor Escalar

Mecanismo de Higgs

O Modelo Padrao

A Teoria

Lagrangiana de MP:

Setor Escalar

Mecanismo de Higgs

O Modelo Padrao

A Teoria

Lagrangiana de MP:

Setor Escalar

Mecanismo de Higgs

O Modelo Padrao

A Teoria

Lagrangiana de MP:

Setor Escalar

Mecanismo de Higgs

O Modelo Padrao

A Teoria

Lagrangiana de MP:

Setor Escalar

Mecanismo de Higgs

O Modelo Padrao

A Teoria

Lagrangiana de MP:

Setor Escalar

Mecanismo de Higgs

O Modelo Padrao

A Teoria

Lagrangiana de MP:

Setor Escalar

Mecanismo de Higgs

O Modelo Padrao

Lagrangiana Escalar

Lescalar = (DµLΦ)†(DLµΦ) + V (Φ) (3)

ondeV (Φ) = µ2(Φ†Φ) + λ(Φ†Φ)2 (4)

), (5)

um dubleto de escalares de SU(2)L ⊗ U(1)ycomYΦ = 1

O Modelo Padrao

Lagrangiana Escalar

ondeV (Φ) = µ2(Φ†Φ) + λ(Φ†Φ)2 (4)

), (5)

O Modelo Padrao

Lagrangiana Escalar

ondeV (Φ) = µ2(Φ†Φ) + λ(Φ†Φ)2 (4)

), (5)

O Modelo Padrao

Lagrangiana Escalar

ondeV (Φ) = µ2(Φ†Φ) + λ(Φ†Φ)2 (4)

), (5)

O Modelo Padrao

Lagrangiana Escalar

ondeV (Φ) = µ2(Φ†Φ) + λ(Φ†Φ)2 (4)

), (5)

O Modelo Padrao

Lagrangiana Escalar

ondeV (Φ) = µ2(Φ†Φ) + λ(Φ†Φ)2 (4)

), (5)

O Modelo Padrao

No Modelo Padrao a derivada covariante Dµ tem as seguintes formas:

DLµ = ∂µ + igW a

µ ta + ig ′

2Bµ (6)

DRµ = ∂µ + ig ′

2Bµ (7)

com a = 1, 2, 3;

W aµ sao os bosons de gauge simetricos do grupo SU(2)L;

Bµ o boson de gauge simetrico do grupo U(1)y ;

ta = τa/2 geradores do grupo SU(2)L;

onde τa sao as matrizes de Pauli;

Y a hipercarga.

O Modelo Padrao

µ ta + ig ′

2Bµ (6)

2Bµ (7)

com a = 1, 2, 3;

Y a hipercarga.

O Modelo Padrao

µ ta + ig ′

2Bµ (6)

2Bµ (7)

com a = 1, 2, 3;

Y a hipercarga.

O Modelo Padrao

µ ta + ig ′

2Bµ (6)

2Bµ (7)

com a = 1, 2, 3;

Y a hipercarga.

O Modelo Padrao

µ ta + ig ′

2Bµ (6)

2Bµ (7)

com a = 1, 2, 3;

Y a hipercarga.

O Modelo Padrao

µ ta + ig ′

2Bµ (6)

2Bµ (7)

com a = 1, 2, 3;

Y a hipercarga.

O Modelo Padrao

µ ta + ig ′

2Bµ (6)

2Bµ (7)

com a = 1, 2, 3;

Y a hipercarga.

O Modelo Padrao

µ ta + ig ′

2Bµ (6)

2Bµ (7)

com a = 1, 2, 3;

Y a hipercarga.

O Modelo Padrao

µ ta + ig ′

2Bµ (6)

2Bµ (7)

com a = 1, 2, 3;

Y a hipercarga.

O Modelo Padrao

µ ta + ig ′

2Bµ (6)

2Bµ (7)

com a = 1, 2, 3;

Y a hipercarga.

O Modelo Padrao

Mecanismo de Higgs

O Mecanismo de Higgs e uma quabra de simetria sem bosons deGoldstone.

Tecnicamente, a quebra de simetria se da quando a componenteescalar do campo complexo φ0 adquire um valor esperado no vacuo(vev) diferente de zero:

〈Φ〉0 =

vφ√2

Para conhecer os bosons de gauge fısicos do MP e suas massasdevemos desenvolver o primeiro termo da lagrangiana escalar,

(DµL〈Φ〉0)†(DLµ〈Φ〉0) (9)

O Modelo Padrao

Mecanismo de Higgs

〈Φ〉0 =

vφ√2

(DµL〈Φ〉0)†(DLµ〈Φ〉0) (9)

O Modelo Padrao

Mecanismo de Higgs

〈Φ〉0 =

vφ√2

(DµL〈Φ〉0)†(DLµ〈Φ〉0) (9)

O Modelo Padrao

Mecanismo de Higgs

〈Φ〉0 =

vφ√2

(DµL〈Φ〉0)†(DLµ〈Φ〉0) (9)

O Modelo Padrao

Mecanismo de Higgs

〈Φ〉0 =

vφ√2

(DµL〈Φ〉0)†(DLµ〈Φ〉0) (9)

O Modelo Padrao

Apos alguns calculos obtemos:

|DLµΦ|2 =

g2v2Φ

4W−µ W µ+

µWµ3 + t2BµB

µ − tW 3µB

µ − tBµWµ3 )(10)

e t e definido como,

t =g ′

W±µ sao autoestados de massa, chamados bosons de guage

carregados do MP.

Por outro lado, os bosons W 3µeBµ, associados aos geradores

diagonais, aparecem misturados.

O Modelo Padrao

|DLµΦ|2 =

g2v2Φ

4W−µ W µ+

µWµ3 + t2BµB

µ − tW 3µB

µ − tBµWµ3 )(10)

t =g ′

carregados do MP.

O Modelo Padrao

|DLµΦ|2 =

g2v2Φ

4W−µ W µ+

µWµ3 + t2BµB

µ − tW 3µB

µ − tBµWµ3 )(10)

t =g ′

carregados do MP.

O Modelo Padrao

|DLµΦ|2 =

g2v2Φ

4W−µ W µ+

µWµ3 + t2BµB

µ − tW 3µB

µ − tBµWµ3 )(10)

t =g ′

carregados do MP.

O Modelo Padrao

|DLµΦ|2 =

g2v2Φ

4W−µ W µ+

µWµ3 + t2BµB

µ − tW 3µB

µ − tBµWµ3 )(10)

t =g ′

carregados do MP.

diagonais, aparecem misturados.Pablo Vasconcelos (UFCG) Teorias Multi-Higgs 18 de junho de 2013 10 / 28

O Modelo Padrao

|DLµΦ|2 =

g2v2Φ

4W−µ W µ+

µWµ3 + t2BµB

µ − tW 3µB

µ − tBµWµ3 )(10)

t =g ′

carregados do MP.

diagonais, aparecem misturados.Pablo Vasconcelos (UFCG) Teorias Multi-Higgs 18 de junho de 2013 10 / 28

O Modelo Padrao

A matriz de mistura, na base (Bµ,W3µ ), e dada por:

g2v2Φ

(t2 −t−t 1

A Relacao entre as bases e dada por:(BµW 3µ

(Cw Sw−Sw Cw

)(AµZµ

Apos a diagonalizcao obtemos os seguintes autovalores:

λAµ = 0, λZ0µ

8(t2 + 1)

O Modelo Padrao

g2v2Φ

(t2 −t−t 1

(Cw Sw−Sw Cw

)(AµZµ

λAµ = 0, λZ0µ

8(t2 + 1)

O Modelo Padrao

g2v2Φ

(t2 −t−t 1

A Relacao entre as bases e dada por:

(BµW 3µ

(Cw Sw−Sw Cw

)(AµZµ

λAµ = 0, λZ0µ

8(t2 + 1)

O Modelo Padrao

g2v2Φ

(t2 −t−t 1

(Cw Sw−Sw Cw

)(AµZµ

λAµ = 0, λZ0µ

8(t2 + 1)

O Modelo Padrao

g2v2Φ

(t2 −t−t 1

(Cw Sw−Sw Cw

)(AµZµ

λAµ = 0, λZ0µ

8(t2 + 1)

O Modelo Padrao

g2v2Φ

(t2 −t−t 1

(Cw Sw−Sw Cw

)(AµZµ

λAµ = 0, λZ0µ

8(t2 + 1)

O Modelo Padrao

g2v2Φ

(t2 −t−t 1

(Cw Sw−Sw Cw

)(AµZµ

λAµ = 0, λZ0µ

8(t2 + 1)

Alem do Modelo Padrao

Extensoes do Modelo Padrao

Extensoes de Gauge

Left-Right Symmetric ModelB-L Symmetric ModelModelo 3− 3− 1Modelo RM3− 3− 1

Extensoes Escalar

Two Higgs Doublet Model (THDM)The Higgs Triplet Model (HTM)

Extensoes de Gauge

Left-Right Symmetric ModelB-L Symmetric ModelModelo 3− 3− 1

Modelo RM3− 3− 1

Extensoes Escalar

Extensoes de Gauge

Extensoes Escalar

Extensoes de Gauge

Extensoes Escalar

Extensoes de Gauge

Extensoes Escalar

Two Higgs Doublet Model (THDM)

The Higgs Triplet Model (HTM)

Extensoes de Gauge

Extensoes Escalar

Extensoes de Gauge

Extensoes Escalar

Modelo RM 3− 3− 1

SU(3)c ⊗ SU(3)L ⊗ U(1)N

Diferente da versao original, esse modelo contem apenas dois tripletosde escalares:

, χ =

χ−−

Quebra Espontanea de Simetria no 3− 3− 1