Nazwa Projektu: Testowanie nowych teorii poprzez precyzyjne obliczenia własności cząstki Higgsa

Akronim Projektu: SONATA 18

Budżet Projektu: 903 300 PLN

Czas trwania projektu: 02.11.2023 - 01.11.2026

Kierownik Projektu: dr Wojciech Kotlarski

Opis Projektu:

Celem zaproponowanego projektu jest analiza modeli fizyki poza Modelem Standardowym przez pryzmat przewidywanych przez nie właściwości bozony Higgsa który został odkryty w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w roku 2012. W tym celu przewidujemy najpierw stworzenie światowej klasy kody obliczającego szerokości połówkowe w obszernej klasie modeli fizyki poza Modelem Standardowym. Połączenie wysokiej precyzji obliczeń szerokości połówkowych bozonów Higgsa z najprecyzyjniejszym rachunkiem ich mas pozwoli przewidzieć jego właściwości z precyzją wystarczającą aby wyciągnąć definitywne wnioski na temat konkretnych modeli fizyki poza Modelem Standardowym. Celem projektu jest zatem analiza ograniczeń występujących dla konkretnych modeli fizyki poza Modelem Standardowym wynikających z pomiarów właściwości bozonu Higgsa i perspektywy dla tych ograniczeń w przyszłych eksperymentach. Planujemy zbadać wachlarz rzadziej badanych modeli, gdzie poprzednio ich analiza z dostateczną precyzją była niemożliwa z powodu braku odpowiednich zautomatyzowanych narzędzi. Przyjrzymy się modelom które przewidują bozony Higgsa zgodne z obecnymi pomiarami i które również rozwiązują inne problemy fizyki cząstek elementarnych, w szczególności problemy związane z eksperymentami przy niskich energiach. Nacisk będzie położony na komplementarność między fizyką Higgsa i anomaliami widzianymi w eksperymentach niskoenergetyczych. To oznacza relacje między sektorem Higgsa a fizyką kwarków b i łamaniem zapachu w sektorze leptonów. Nie będzie się także to ograniczać tylko do tzw. modeli niskoenergetycznych ale będzie też uwzględniać kompletne modele wysokoenergetyczne które przewidują poprawne własności bozonów Higgsa i wyjaśniają obserwowane anomalie w fizyce kwarków b i naładowanych leptonów/neutrin albo takich przewidujących interesujące prospekty dla fizyki Higgsa i łamania zapachu w fizyce leptonów które dają nadzieję na sygnał w przyszłych eksperymentach. Dodatkowo celem projektu jest analiza bozonów Higgsa o małych masach które mogłyby wyjaśnić obserwowane od dawna anomalie w LEPie i LHC albo które mogłyby być z powodzeniem testowane w przyszłych zderzaczach e+e- (włącznie z rozpadami takich stanów na cząstki ciemnej materii). Wszystkie te zadania skorzystają na obliczeniach mas i rozpadów bozonów Higgsa ze zwiększoną precyzją. Aby tego dokonać, w ramach tego projektu planujemy dalej rozwijać nasz publiczny program do obliczeń szerokości rozpadów cząstek skalarnych w szerokiej klasie modeli poza Modelem Standardowym. Budując na naszej poprzedniej pracy planuje dołączyć do rozpadów drzewowych poprawki jednopętlowe od fizyki poza Modelem Standardowym. Wykonanie tych zadań będzie wymagało obliczenia poprawek jednopętlowych i usunięcia pojawiających się tam osobliwości ultrafioletowych i podczerwonych. Wysoka precyzja wymagana przez ten projekt narzuca nie tylko konieczność wysokiego rzędy rachunków perturbacyjnych, ale również zminimalizowanie pozostających niepewności teoretycznych. Dlatego projekt zakłada studiowanie schematy renormalizacji dostosowanego do obliczeń rozpadu bozonów Higgsa. Obliczenia będą przeprowadzone w schemacie w którym ciężkie cząstki odprzęgają się. Jest to ważne ponieważ jest możliwe że fizyka poza Modelem Standardowym jest relatywnie ciężka a wiele schematów renormalizacji, jak schemat minimalnego odjęcia, nie stosują się w tym wypadku. Jednym z celów tego projektu jest pokazanie samozgodności tego schematu na poziomie jednopętlowym. I ostatecznie, dostępne ograniczenia eksperymentalne będą uwzględnione poprzez stworzenie pomostu pomiędzy naszą pracą a narzędziami dostępnymi na rynku, pozwalającymi ocenić zgodność sektorów Higgsa modeli poza Modelem Standardowym z danymi doświadczalnymi. Celem obecnych i przyszłym eksperymentów jest odkrycie fizyki poza Modelem Standardowym, a nie potwierdzenie tego modelu. Ograniczenie dostępnej przestrzeni paramentów fizyki poza Modelem Standardowym jest krokiem w tym kierunku. W obliczu braku bezpośrednich sygnałów nowej fizyki, bozon Higgsa może być naszą jedynym wglądem w te bardziej fundamentalne teorie na najbliższe lata. Ostatecznie, stworzone w ramach tego projektu narzędzie będzie wolnego dostępu. Będzie służyło nie tylko naszym badaniom ale także będzie użyteczne dla szerszej społeczności fizyki cząstek elementarnych.