Phenomenological study of theories beyond the standard model of particle physics in large hadron collider
Authors: Σούτζιος Χρηστάκης 
Published: January 2014

Στις μέρες μας όλο και περισσότερο αυξάνουν οι προσπάθειες εξεύρεσης απαντήσεων σε ερωτήματα σχετικά με τον κόσμο γύρω μας. Φαίνεται πως στην εποχή του Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή (LHC), τέτοιου είδους προσπάθειες αποδίδουν καρπούς , αλλά ταυτόχρονα εγείρουν νέα ενδιαφέροντα ερωτήματα. Μεταξύ αυτών, τα πιο σημαντικά αφορούν τη φύση της σκοτεινής ύλης, τη φύση της σκοτεινής ενέργειας, την ύπαρχη επιπλέον διαστάσεων, την κατανόηση του μηχανισμού που δίνει μάζα στα στοιχειώδη σωματίδια, την ύπαρξη υπερσυμμετρικών σωματιδίων. Αρχικά, σε αυτή η διδακτορική διατριβή, παρακινούμενοι από πειραματικά αποτελέσματα σχετικά με μερικά από τα παραπάνω ερωτήματα, επεξεργαστήκαμε διάφορες περιπτώσεις σκέδασης σκοτεινής ύλης με σωμάτια του Καθιερωμένου Προτύπου (SM). Εστιάσαμε κυρίως στην μελέτητη ανάκρουσης χαμηλοενεργειακών ηλεκτρονίων και βρήκαμε ενθαρρυντικά αποτελέσματα που μπορούν να επιβεβαιωθούν σε άμεσα πειράματα. Στην προσπάθεια επέκτασης αυτών των αποτελεσμάτων, η πιθανότητα διάσπασης των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης σε φωτόνια μας οδήγησε στην μελέτη της τριπλής κορυφής με εξωτερικά φωτόνια ή διαφορετικά μποζόνια βαθμίδας. Σε αυτό το πλαίσιο μελετήσαμε λεπτομερώς την τριπλή μποζονική κορυφή που περιέχει ένα φερμιονικό βρόχο και αναπαράγαμε την πιο γενική, αναλυτική έκφραση για αυτή την κορυφή. Από υπολογιστική άποψη, αναπτύξαμε μια διαφορετική προσέγγιση του προβλήματος, εκτελώντας κυρίως τετραδιάστατους υπολογισμούς και χρησιμοποιώντας φυσικά επιχειρήματα για να χειριστούμε απειρισμούς ή ανώμαλα συμπεριφερόμενες ποσότητες. Αναλύωντας περεταίρω την τριπλή κορυφή μποζονίων, μελετήσαμε φαινόμενα μη-αποσύζευξης βαριών φερμιονίων. Το ενδιαφέρον στοιχείο ήταν η συνειδητοποίηση ότι τα βαριά αυτά φερμιόνια αφήνουν εναπομείναντες όρους που έιναι απαραίτητοι για την αυτοσυνέπεια της θεωρίας. Επιπλέον αναπτύξαμε πολύ ενδιαφέρουσες εφαρμογές αυτών των αποτελεσμάτων στα πλαίσια του SM καθώς και σε θεωρίες πέρα από αυτό (θεωρίες με μια επιπλέον γενιά φερμιονίων καθώς και ένα νέο μποζόνιο Ζ'). Χρησιμοποιώντας τις ίδιες τεχνικές, διαλευκάναμε μερικά υπολογιστικά προβλήματα σχετικά με τη συνεισφορά των W -μποζονίων στη διαδικασία διάσπασης του μποζονίου Higgs σε δύο φωτόνια. Εκτελώντας τους υπολογισμους στις 4 διαστάσεις και στην μοναδιακή βαθμίδα αντιμετωπίσαμε απειρισμούς που καταφέραμε να χειριστούμε στα πλαίσια της μεθόδου των αυθαίρετων τετρανυσμάτων. Μετά από ένα σημαντικό βαθμό υποβιβασμού της τάξης των απειρισμών , χρησιμοποιήσαμε φυσικά επιχειρήματα (θεώρημα ισοδυναμίας μποζονίων Goldstone και αναλλοιότητα σε μετασχηματισμούς βαθμίδας ) για να καθορίσουμε πλήρως και τις τελευταίες εναπομένουσες απροσδιοριστίες. Τα αποτελέσματά μας συμφωνούν με προηγούμενους υπολογισμούς της διαδικασίας αυτής. Η εγγυρότητα των αποτελεσμάτων έχει επιβεβαιωθεί επίσης με τη χρήση μιας σχετικά πρόσφατης μεθόδου υπολογισμού στις 4 διαστάσεις (FDR). Ασφαλώς υπάρχουν ανοιχτά προβλήματα στα οποία η παραπάνω μέθοδος υπολογισμού μπορεί να δώσει απαντήσεις. Αυτά τα προβλήματα αποτελούν την έμπνευσή μας για παραπέρα επέκταση της εργασίας μας.