Дмитрієв М. С. Опис сигналів широких важких резонансів методами ефективних лагранжіанів.

На прикладі узагальненої моделі Юкави показується, що існують сценарії моделей нової фізики, в яких методи прямого пошуку нових станів матерії незастосовні, оскільки резонанси цих станів широкі. Було виявлено, що широкі резонанси виникають якщо частинки нової фізики важкі або сильно взаємодіють з іншими полями деякої розширеної моделі. Для опису сигналів деяких широких резонансів є незастосовним наближення вузького піку. Таким чином, оцінка ширини шуканого резонансу є необхідною в експериментальних пошуках сигналу останнього. Для широких резонансів слід застосовувати методи непрямого пошуку. В розглянутій нами моделі Юкави існують сценарії, в яких інтерференція між резонансами відомого та нового полів значна порівняно із внеском резонансу останнього у перерізі процесу розсіювання. У таких сценаріях метод прямого пошуку нових частинок теж незастосовний. Зокрема, це має місце якщо нова частинка важка порівняно із повною енергією початкового стану деякого процесу розсіювання. В цьому разі її сигнал у границі низьких енергій можна описати за допомогою низькоенергетичного ефективного лагранжіану (ЕЛ). Метод ЕЛ зараз часто застосовується різними колабораціями та науковими групами в світі. Ми дослідили застосовність низькоенергетичного ЕЛ на прикладі узагальненої моделі Юкави, що складається з легкого та важкого скалярного полів і дублету легких ферміонів. Було виявлено, що низькоенергетичний ЕЛ є хорошим наближенням для опису процесів розсіювання у границі відщеплення важкої частинки, якщо радіаційні поправки до маси цієї частинки та однопетльове змішування її з полями легкого сектору малі при низьких енергіях. Це має місце якщо юкавівські константи моделі малі. В інших сценаріях низькоенергетичний ЕЛ є незастосовним для опису процесів розсіювання. Отже, при оцінці параметрів ЕЛ в аналізі результатів експериментів з розсіювання слід також визначати величину внесків радіаційних поправок від петель з легкими частинками. Враховуючи ці результати, було досліджено сценарій відщеплення важких частинок у реалістичній моделі нової фізики, а саме в моделі з двома хіггсівськими дублетами (2HDM). Було отримано вираз для низькоенергетичного ЕЛ для варіанту 2HDM, де можливе невелике порушення збереження CP-парності. Так, ця модель передбачає існування п'яти скалярних резонансів, один із яких відповідає вже відомій скалярній частинці h масою 125 ГеВ. Інші ж резонанси набагато важчі ніж h, тому поки що не були зафіксовані в експериментах на прискорювачах. Обчислений нами ЕЛ відповідає такому сценарію у границі відщеплення важких скалярних станів. Було виявлено, що потенціал легкого скалярного поля h в отриманому лагранжіані відрізняється від такого в СМ з одним хіггсівським дублетом. Крім того, на відміну від СМ, скалярний стан h у цьому сценарії не має визначеної CP-парності у границі відщеплення важких скалярів 2HDM. Вимірюючи ширину розпаду h у CP-непарні стани можна визначити параметри, що регулюють ступінь цього порушення у 2HDM. В отриманому ЕЛ для 2HDM також містяться ефективні вершини, що дають внески у процес народження двох бозонів h. Згідно із передбаченнями СМ, цей процес є відносно рідкісним в експериментах на LHC, тому величина його перерізу чутлива до коефіцієнтів відповідних вершин ЕЛ. Отже, з її експериментально виміряного значення можна отримати обмеження на коефіцієнти ЕЛ і відповідні параметри розширеної моделі. Таким чином можна перевірити застосовність однодублетної СМ. Для оцінки області застосовності ЕЛ для 2HDM слід оцінити величини радіаційних поправок від взаємодій із полями СМ до мас важких скалярів та величини однопетльових змішувань останніх з полями СМ. Звідси випливають обмеження на властивості сигналів важких скалярних бозонів у моделі з низькоенергетичним ЕЛ. Такий аналіз є актуальним для визначення оптимального сценарію експерименту із пошуку важких полів 2HDM в сучасних дослідах на прискорювачах. Виявлення нових частинок за межами Стандартної моделі суттєво розширило б наше розуміння властивостей матерії та еволюції Всесвіту, тому результати цієї дисертації є актуальними та важливими.