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AbstractAbstract
[en] The Standard Model-like Higgs boson, discovered at the CERN Large Hadron Collider, provides an excellent setting for the indirect search of New Physics, through the study of its properties. In particular the Higgs boson mass is now measured with an astonishing precision - of the order of 0.1% - while being predicted in some models of Beyond the Standard Model Physics, such as supersymmetric (SUSY) models. The main purpose of this thesis is to push further the calculation of radiative corrections to Higgs boson masses in models beyond the Standard Model, as well as the automation of these calculations, in order to set or improve constraints on New Physics coupling to the Higgs boson. A first chapter is devoted to the computation of the leading two-loop O(αsαt) corrections to neutral scalar masses in supersymmetric models with Dirac gauginos. We allow both Majorana and Dirac mass terms for the gauginos (more precisely the gluinos), and we derive results for top/stop parameters both in DR' and in on-shell renormalisation schemes. The analytic results we obtain are implemented in publicly available numerical routines, and constitute the first explicit calculation of Higgs masses at two-loop order in SUSY models beyond the NMSSM (next-to-minimal supersymmetric standard model). The core of this thesis is the investigation of the Goldstone Boson Catastrophe - a case of infra-red (IR) divergences due to massless Goldstone bosons that plague the calculation of effective potentials, tadpole equations, and self-energies - and of how to address it. We begin by extending the resummation procedure, recently developed for the Standard Model and applied to the MSSM (minimal supersymmetric standard model), to obtain infra-red finite tadpole equations in general renormalizable field theories. We then demonstrate that adopting an on-shell renormalisation scheme for the Goldstone masses would have made the derivation of these results for the tadpoles simpler, and further allows the elimination of all IR divergences in generic neutral scalar mass computations as well. We devise a generalised effective potential approximation to find IR-safe closed-form expressions for all loop functions involved in mass corrections, and we also present a perturbative expansion of parameters that allows for a direct - instead of iterative - solution of the tadpole equations. Afterwards, we illustrate the numerical implementation of our solution to the Goldstone Boson Catastrophe in the public tool SARAH. We compare the results we obtain in the Standard Model to existing calculations, finding remarkable agreement, and we also study new corrections in Split SUSY, the NMSSM, Two-Higgs-Doublet Models (2HDMs) and the Georgi-Machacek model. In particular, we investigate the dangers involved with the common habit of trading Lagrangian parameters for masses using tree-level relations in non-supersymmetric models, and we show that loop corrections grow out of control well before the naive perturbation bounds on couplings are reached. Finally, in a last chapter, we consider the high-scale behaviour of (non-supersymmetric) models with extended Higgs sectors. More specifically, we point out that the order at which couplings are extracted from the physical spectrum before being run with renormalisation group equations has strong effects on the values found at high energy scales, and thus on the high energy properties of the models. We illustrate this statement with both analytical and numerical results where the impact of the matching order is sizeable, in the context of three minimal extensions of the Standard Model: a singlet extension, a model with vector-like quarks, and finally a 2HDM. (author)
[fr]
L'etude des proprietes du boson de Higgs, decouvert au Grand Collisionneur de Hadrons du CERN, represente une excellente opportunite pour la recherche de Nouvelle Physique. En particulier, la masse de ce boson est maintenant mesuree experimentalement avec une precision impressionnante, de l'ordre de 0.1%, tandis qu'elle est egalement predite par certains modeles au-dela du Modele Standard, notamment les modeles supersymetriques. L'objectif de cette these est de faire avancer le calcul des corrections radiatives aux masses des bosons de Higgs dans les modeles au-dela du Modele Standard, ainsi que l'automatisation de ces calculs, an d'etablir ou d'ameliorer les limites sur les couplages entre la Nouvelle Physique et le boson de Higgs. Un premier chapitre est consacre au calcul des corrections dominantes a deux boucles, de la forme O(αsαt), aux masses des scalaires neutres dans les modeles supersymetriques a jauginos de Dirac. Nous considerons a la fois des termes de masses de Dirac et de Majorana pour les jauginos (plus precisement les gluinos), et nous etablissons des resultats pour des parametres du secteur des tops/stops a la fois dans les schemas de renormalisations DR' et 'on-shell' (sur couche de masse). Les resultats analytiques que nous obtenons sont inclus dans des routines numeriques disponibles publiquement, et constituent les premiers calculs explicites de corrections aux masses des bosons de Higgs a deux boucles dans des modeles supersymetriques au-dela du NMSSM. Le sujet principal de cette these est l'etude de la Catastrophe des Bosons de Goldstone, un cas de divergences infrarouges dues aux bosons de Goldstones de masses nulles qui affecte les calculs de potentiels effectifs, d'equations de minimisation du potentiel (dites equations 'tadpoles') et d'energies propres, ainsi que de comment surmonter ce probl eme. Nous etendons tout d'abord la procedure de resommation, developpee recement pour le Modele Standard et appliquee au MSSM, pour obtenir des equations 'tadpoles' nies pour des theories de champs renormalisables generales. Nous demontrons ensuite qu'en adoptant un schema de renormalisation sur couche de masse pour les masses des bosons de Goldstone, l'obtention de ces resultats aurait ete facilitee, et qu'il est aussi possible d'eliminer toutes les divergences infrarouges dans les calculs de masses de scalaires. Nous presentons une approximation du potentiel effectif generalisee permettant de trouver des expressions de corrections de masses libres de toute divergence infrarouge, ainsi qu'un developpement perturbatif des parametres de masses permettant de resoudre directement (plutot qu'iterativement) les equations 'tadpoles'. Ensuite, nous illustrons la mise en ÷uvre numerique de notre solution a la Catastrophe des Bosons de Goldstone dans le programme SARAH. Nous comparons les resultats que nous obtenons pour le Modele Standard aux resultats existants, et trouvons un excellent accord. Nous etudions aussi de nouvelles corrections aux masses des bosons de Higgs en Split SUSY, dans le NMSSM, dans des modeles a deux doublets de Higgs, et dans le modele de Georgi-Machacek. Nous nous interessons notamment aux dangers encourus du fait du choix, habituel pour des modeles non-supersymetriques, d'echanger les parametres du Lagrangien contre des masses en utilisant des relations a l'ordre des arbres, et nous montrons comment les corrections quantiques croissent hors de tout controle bien avant que les limites perturbatives habituelles (naives) ne soit atteintes. Finalement, nous considerons dans un dernier chapitre le comportement aux hautes energies de modeles non-supersymetriques avec des secteurs scalaires etendus. Plus speciquement, nous montrons que l'ordre (en theorie des perturbations) auquel les couplages sont extraits du spectre de masse physique, avant d'etre evolues avec les equations du groupe de renormalisation, a des effets importants sur les valeurs des couplages obtenues aux hautes energies et par consequent sur le comportement a ces energies des modeles consideres. Nous illustrons cette position avec a la fois des resultats analytiques et numeriques, dans le cadre d'extensions minimales du Modele Standard: une extension avec un singlet, un modele avec des quarks vectoriels, et nalement un modele a deux doublets de Higgs. (auteur)Original Title
Automatisation des calculs de precision pour le boson de Higgs
Primary Subject
Source
5 Jun 2018; 263 p; 340 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These de doctorat de Sorbonne Universite, Specialite: Physique Theorique
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
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