Laboratoire de Physique
Theorique d'Orsay

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La physique au-delà du Modèle Standard

Supersymétrie

U. Ellwanger s’intéresse particulièrement aux conséquences phénoménologiques des extensions du Modèle Supersymétrique Non-Minimal, en ce qui concerne la masse du Higgs et la recherche des particules supersymétriques. Pour permettre aux expérimentateurs (en particulier du LHC) et aux phénoménologues d’étudier la dépendance des masses et couplages des nombreux bosons de Higgs en fonction des parametres du NMSSM, un corpus de codes Fortran (NMSSMTools) a été écrit et mis à la disposition de la communaute des physiciens sur le site internet du laboratoire. Ces codes prennent en compte les corrections radiatives aux masses des bosons de Higgs, et calculent les couplages et certains rapports d’embranchement des bosons de Higgs.

A. Djouadi étudie la phénoménologie des particules supersymétriques : production de ces particules dans les collisionneurs hadroniques et leptoniques, étude de leurs propriétés fondamentales. Il s’intéresse également aux relations entre supersymétrie et cosmologie, comme les contraintes provenant de l’observation de la masse manquante de l’univers sur la particule supersymétrique la plus légére, et les modèles supersymétriques en général.

Dimensions supplémentaires

G. Moreau étudie des extensions du Modèle Standard basées sur l’existence de dimensions d’espace supplémentaires. Son activité va de l’étude de paradoxes en théorie des champs apparaissant dans ce contexte (régularisation de champs localisés à des points fixes d’extra-dimenisons) à la construction de modèles cohérents et réalistes. L’activité concerne également des scénarios avec dimensions supplémentaires supersymétrisés pouvant constituer des modèles effectifs à basse énergie de théories des cordes. Des approches effectives basées sur des fermions de type vectoriel sont aussi considérées. Les signatures de ces modèles aux collisionneurs seraient la production (directe ou indirecte) d’excitations de Kaluza-Klein ou du champ scalaire du radion associé à la fluctuation de ces dimensions.

Physique des saveurs leptoniques

La découverte des oscillations des neutrinos prouve que ces derniers sont massifs et se mélangent, ouvrant la porte à des extensions du Modèle Standard. 

A. Abada travaille sur plusieurs aspects phénoménologiques de ces extensions. 

-  En suivant une approche effective, elle étudie les opérateurs effectifs responsables des phénomènes rares (tels que les processus violant la saveur) afin d’obtenir des informations sur la nouvelle physique sous-jacente. 

-  Elle travaille aussi dans le cadre de plusieurs modèles théoriques susceptibles d’expliquer les massses et mélanges des neutrinos. Elle considère des modèles supersymétriques, les modèles avec secteur de Higgs étendu, à groupe de jauge élargi, et plus particulèrement les mécanismes de seesaw. 

-  Elle étudie l’impact des nouveaux champs et/ou interactions sur les processus violant la saveur leptonique à basse énergie (comme \ell_i \to \ell_j\gamma\ell_i \to \ell_j \ell_k \ell_m et la conversion \mu - e dans les noyaux) et à haute énergie (en sondant directement la nouvelle physique à travers la production violant la saveur et/ou la désintégration de champs lourds au LHC et LC - collisionneur linéaire -).

-  La confrontation des résultats de recherches directes (à haute énergie) et indirectes (basse énergie et haute intensité) permet ainsi d’explorer le rôle des saveurs leptoniques dans la quête de la nouvelle physique. 

Astroparticules

Y. Mambrini étudie des modèles inspirés de la théorie des cordes, qui se situent dans un cadre plus général des théories supersymétriques. Les observations en astroparticules et cosmologie fournissent des renseignements precieux sur ces théories, de façon complémentaire aux expériences sur accélérateur, pour restreindre les paramètres de la théorie sous-jacente. Y. Mambrini s’intéresse en particulier au problème de la matière noire en cosmologie : il pourrait s’agir d’une particule massive interagissant faiblement (wimp), par exemple la particule supersymétrique la plus légère. Une telle particule, liée aux modèles supersymétriques, pourrai être détectée dans les collisionneurs de haute énergie.

A. Falkowski travaille sur la construction de modèles de matière noire et les liens entre recherche directe de matière noire, les signaux astrophysiques de sa mise en évidence et la phénoménologie à LHC.


Supersymmetry

U. Ellwanger is interested in the phenomenological consequences of the Next-to-Minimal Supersymmetric Model, in particular for the Higgs mass and the detection of supersymmetric particles. As a tool for experimentalists (e.g., at LHC) and phenomenologists, a library of Fortran codes (NMSSMTools) has been written and can be accessed on the website of the laboratory, in order to study how the masses and couplings of the many Higgs bosons vary as a function of the NMSSM parameters. These codes take into account the radiative corrections to the masses of the Higgs bosons, and they compute their couplings and some of their branching ratios.

A. Djouadi studies the phenomenology of supersymmetric particles : production in hadronic and leptonic colliders, fundamental properties. He is also interested in the relations between supersymmetry and cosmology, such as the constraints coming from the observed missing mass of the Universe on the lightest supersymmetric particle, and more generally on supersymmetric models.

Extra dimensions

G. Moreau studies scenarios beyond the Standard Model based on the existence of extra dimensions. His activity goes from studying paradoxes in field theories that come in that framework (regularization of fields localized on fixed points of the extra-dimensional space) to building of models that are consistent and realistic. His research concerns also scenarios with supersymmetric extra dimensions that can be low energy effective models of string theories. Effective approaches based on vector-like fermions are considered as well. Signatures of those models at colliders would be the direct or indirect production of Kaluza-Klein particles or excitations of the scalar field of the radion associated to the extra dimensions.

Lepton flavour physics

The discovery of Neutrino oscillations proves that neutrinos are massive and mix, which opens a whole new field for extensions of the Standard Model. A. Abada investigates several phenomenological aspects of these extensions. 

-  Following an effective theory approach, she studies the  effective operators responsible for rare phenomena (such as lepton flavour violating processes) in order to derive information about the underlying framework of new physics.

-  She also investigates the phenomenology of several theoretical models aiming at explaining the origin of neutrino masses. Among them, she considers radiative contributions in supersymmetric models, extended Higgs models, models with larger gauge groups, as well as seesaw mechanisms. 

-  She studies the impact of the new fields and/or interactions regarding lepton flavour violating (LFV) processes at low-energy (such as \ell_i \to \ell_j\gamma\ell_i \to \ell_j \ell_k \ell_m and \mu - e conversion in nuclei) and at high-energy (directly probing the new physics through flavour violating production and/or decays of heavy states, both at the LHC and LC).

-  By confronting direct searches for new physics and rare processes, she explores the role of charged lepton flavour violation in disentangling models of new physics.

-  She further considers models for neutrino mass generation where a common interaction is at the origin of neutrino masses and of the Baryon asymmetry of the Universe (baryogenesis via leptogenesis).

Astroparticles

Y. Mambrini focuses models inspired by string theory, which are situated in a more general framework of supersymmetric theories. Astroparticle and cosmological observations provide information on these theories, complementarily to accelerator experiments, in order to constrain the parameters of the underlying theory. Y. Mambrini is interested in dark matter in cosmology : it could be a weakly interactive massive particle, such as the lightest supersymmetric particle. Such a particle, linked to supersymmetric models, could be detected in high-energy colliders.

A. Falkowski works on dark model model building, and on the interplay between the the direct and astrophysical signals of dark matter and LHC phenomenology.