Effective models of new physics at the Large Hadron Collider
Modèles effectifs de nouvelle physique au Large Hadron Collider
Résumé
With the start of the Large Hadron Collider, in 2010, particle physicists will have soon a better understanding of the electroweak symmetry breaking. They might also answer to many open questions raised by the Standard Model. Surfing on this really favorable situation, we will first present a model-independent parametrization to characterize the new physics effects on mechanisms of production and decay of the Higgs boson. This original tool will be easily and directly usable in the data analysis of CMS and ATLAS. It will help indeed to exclude or validate significantly some new theories beyond the Standard Model. In another approach, based on model-building, we considered a scenario of new physics, where the Standard Model fields propagate in a flat six-dimensional space. The new spatial extra-dimensions are compactified on a Real Projective Plane. This orbifold is the unique six-dimensional geometry which possesses chiral fermions and a natural Dark Matter candidate. The scalar photon, which is the lightest particle of the first Kaluza-Klein tier, is stabilized by a symmetry relic of the six dimension Lorentz invariance. Using the current cosmological constraints and our first analytical calculation, we derived a characteristic mass-range around few hundred GeV for the Kaluza-Klein scalar photon. Therefore the new states of our Universal Extra-Dimension model are light enough to be produced through clear signatures at the Large Hadron Collider. So we used an analysis of the particle mass spectrum and couplings, including radiative corrections at one-loop, to establish our first predictions and constraints on the expected LHC phenomenology.
Avec l'exploitation du Large Hadron Collider, débutée en 2010, les physiciens des particules espèrent comprendre plus précisément de la brisure de la symétrie électrofaible et résoudre certaines questions expérimentales et théoriques que soulève encore le modèle standard. S'inscrivant dans cette effervescence scientifique, nous présentons dans cette thèse une paramétrisation indépendante des modèles afin de caractériser les effets d'une éventuelle nouvelle physique sur la production et la désintégration du boson de Higgs. Ce nouvel outil pourra aisément être utilisé dans les analyses des expériences généralistes comme CMS et ATLAS afin de valider ou d'exclure de manière significative certaines théories au delà du modèle standard. Ensuite, dans une approche fondée sur la construction de modèles, nous avons considéré un scenario avec un espace plat à six dimensions dont deux sont compactifiées sur un Plan Projectif Réel. A six dimensions, cet orbifold est l'unique géométrie qui présente des fermions chiraux et un candidat de matière noire dit naturel. Le photon scalaire, particule la plus légère du premier mode de Kaluza-Klein, est en effet stabilisé par une symétrie relique de l'invariance de Lorentz. En utilisant les contraintes cosmologiques actuelles, nous avons estimé la masse caractéristique de cette particule à quelques centaines de GeV. De ce fait les nouveaux états présents dans cette théorie sont assez légers pour produire des signatures observables au LHC. Avec une étude du spectre de masses et des couplages du modèle incluant les corrections radiatives à une boucle, nous pouvons ainsi donner les premières contraintes sur la phénoménologie du LHC.