Phénomenologie de la violation de saveur dans les modèles supersymétriques

par Jordan Bernigaud (Bernigaud samatan)

Thèse de doctorat en Physique Théorique

Sous la direction de Björn Herrmann.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique théorique (laboratoire) .


  • Résumé

    Malgré l'absence de signatures expérimentales, les extensions supersymétriques du modèle standard de la physique des particules sont encore considérées parmi les plus attractives. La supersymétrie permet entre autres de résoudre le problème de la hiérarchie électrofaible, favorise l'unification des couplages de jauge nécessaire à une construction réaliste d'une théorie de grande unification, et propose des candidats viable à la matière noire. Une des caractéristiques générale des extensions supersymétriques est de présenter une structure de saveur nouvelle, pouvant entraîner de larges contributions dans les observables de violation de la saveur. L'étude de certaines de ces structures et de leurs conséquences expérimentales est l'objet de ce manuscrit. Ce manuscrit débutera avec une introduction générale au modèle standard de la physique des particules et de ses extensions supersymétriques avant de présenter trois projets de recherche. Dans le premier travail exposé, nous aborderons des approches permettant d'identifier la structure de saveur dans le secteur des squarks (partenaire supersymétrique des quarks). Ces méthodes, pionnières pour la problématique, reposent sur l'observation hypothétique d'un squark et utilisent des méthodes d'inférence statistique et de "machine learning". Bien qu'il ne s'agisse que d'une première approche, les résultats sont encourageants et la méthode pourrait être développée en cas d'observation réelle d'un état semblable à un squark aux collisionneurs. Nous discuterons ensuite de contraintes et conséquences expérimentales présentes dans des modèles de grande unification du type SU(5) avec symétrie de saveur. Dans ce contexte, nous discuterons de modèles inspirés par le groupe A_4. Cette analyse propose une exploration de l'espace des paramètres de ce type de modèles en incluant les contraintes expérimentales de saveur ainsi que la densité relique de matière noire. Les résultats confirment que le secteur leptonique est bien plus contraignant que le secteur hadronique. En addition, plusieurs particularités émergent lors d'une exploration simultanée de l'ensemble des paramètres conduisant à un espace autorisé par les contraintes plus important que dans le cas d'étude ne variant qu'un paramètre à la fois. Finalement, le dernier chapitre de ce manuscrit sera dédié à la discussion d'extensions du modèle standard incluant des leptoquarks. Ces extensions, non nécessairement supersymétriques, ont reçu un regain d'attention ces dernières années, en particulier suite à des mesures qui suggéreraient l'existence de structure non universelle de saveur leptonique. Nous discuterons de ces extensions dans le contexte des symmetries discrètes de saveur qui peuvent conduire à des structures de couplages très prédictifs. Enfin, une méthode indépendante de modèles sera proposée pour obtenir une liste de groupes candidats à la reproduction de ces structures de couplages et de mélange fermionique du modèle standard de façon simultanée.

  • Titre traduit

    Phenomenology of flavour violation in supersymmetric models


  • Résumé

    Despite the lack of experimental evidence, Supersymmetry remains an attractive candidate for physics beyond the standard model of particle physics. Simple and viable supersymmetric extensions, such as the Minimal Supersymmetric Standard Model, cure, among other shortcomings of the standard model, the electroweak hierarchy problem, the gauge coupling unification and provide attractive dark matter candidates. One of the general characteristics of such extensions is that they may present a non-trivial flavour structure, which can lead to sizable contributions to flavour violating processes which are precisely measured and can be used to constrain the parameter space of new physics. The purpose of this manuscript is to discuss aspects of the extended flavour structure within supersymmetric models. The manuscript will first introduce the Standard Model of particle physics and its supersymmetric extensions before exposing three research projects. The first one will treat the problematic of the reconstruction of the squark flavour structure. Here, we have employed different strategies relying on inference statistical methods together with machine learning algorithms and assuming that a squark-like state is to be observed at colliders. Being a first step in this direction, improvement and complementary study will need to be proposed in case of the actual observation of a squark-like state but the obtained results are appealing. As a second step, we shall discuss constraints and experimental signatures of SU(5) Grand Unified Theories including flavour symmetries. In this framework, we will focus on A4 family symmetry inspired models. This analysis is based on a numerical scan of the parameter space, including experimental flavour constraints as well as dark matter relic density. The results show, as it has already been pointed out before, that the lepton sector is much more constraining that the hadronic one. Additionally, interesting features arise in case of a simultaneous scan over the flavour violating parameters, and suggest that the allowed ranges for these parameters are larger than in the case of a single parameter study because of correlation effects. Finally, the last chapter will be dedicated to leptoquark extensions of the standard model. These models, not necessary supersymmetric, have received considerable attention over the past few years, mainly due to the potential observation of lepton non universality at the Large Hadron Collider. We will discuss such extensions in the context of discrete flavour symmetries, useful tool for constraining the leptoquark patterns to a very predictive form. Finally, a model independent scan will be exposed, where we have obtained a list of potential symmetry candidates able to reproduce very specific leptoquark patterns alongside to the standard model fermionic mixing