Brisure de symétrie électrofaible : origine et conséquences

Electroweak Symmetry Breaking : Origin and Consequences

• Auteur / Autrice : Cédric Delaunay
• Direction : Christophe Grojean
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrinos

Symétrie brisée (physique)

Particules (physique)

Mots clés libres

Transition de phase électrofaible

Résumé

La symétrie électrofaible du Modèle Standard de la physique des particules doit être spontanément brisée pour expliquer la rareté des désintégrations radioactives. Depuis plus de trente ans, le condensat d'un champ scalaire, le boson de Higgs, est tenu pour responsable de cette brisure. Cependant, outre le fait que cette particule n'ait jamais été observée, le Modèle Standard n'offre aucune explication quant à l'origine de ce condensat. Par ailleurs, en imposant que ce dernier soit stable vis à vis des corrections radiatives quantiques, le Modèle Standard suggère fortement l'existence d'une nouvelle physique autour du TeV. Dans cette thèse, nous rappelons tout d'abord les principales contraintes expérimentales sur les possibles formes de la nouvelle physique, puis nous explorons ses effets sur la transition de phase électrofaible qui a eu lieu peu après le Big Bang. En particulier, nous étudions sous quelles conditions ces nouvelles particules permettent au mécanisme de Higgs d'être à l'origine de la disparition de l'antimatière dans l'univers. Nous décrivons également le spectre d'ondes gravitationnelles émis à cette époque et en discutons la possible observation aux futurs interféromètres spatiaux. Enfin, nous abordons la physique de la saveur dans un espacetemps à plus de quatre dimensions. Nous rappelons comment l'échelle électrofaible est stabilisée en présence de dimensions spatiales supplémentaires. Puis, dans ce contexte, nous proposons un modèle reproduisant la hiérarchie de masse des leptons ainsi que la phénoménologie des neutrinos, tout en restant compatible avec les contraintes expérimentales sur les processus de changement de saveur.

The electroweak symmetry of the Standard Model of particle physics has to be spontaneously broken to explain the sparsity of radioactive decays. Since over thirty years, the condensate of a scalar field, the Higgs boson, is blamed for this breaking. However, beyond the fact that this particle has never been observed yet, the Standard Model provides no explanation for the origin of this condensate. Moreover, when the latter is imposed to be stable under radiative quantum corrections, the Standard Model strongly suggests the existence of a new physics at about the TeV scale. In this thesis, we start with a review of the main experimental constraints put on the possible forms of new physics. Then we explore its effects on the electroweak phase transition that occured soon after the Big Bang. In particular, we study the conditions under which these new particles allow the Higgs mecanism to drive the disappearance of the antimater in the universe. We describe also the spectrum of gravity waves emitted at this time and discuss its possible observation at future spacebased interferometers. Finally, we address the flavour problem within a spacetime of more than four dimensions. After having recalled how the presence of extra spacelike dimensions stabilizes the electroweak scale, we propose in this context a complete model of electroweak breaking which reproduce the hierarchy of lepton masses as well as neutrino phenomenology, while staying safe from the present experimental constraints on flavour changing processes.