Two approaches to new physics : effective analyses of lepton observables & composite models of axions
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Abstract EN:
With compelling experimental evidence that the Standard Model (SM) is incomplete, it is necessary to consider how it should be extended. In this thesis, we study motivated scenarios of new physics above the electroweak scale and examine their low-energy consequences. Two approaches are taken, one driven in particular by the vast experimental programme probing lepton observables, the other inspired by the theoretical advantages of new, strongly-coupled physics close to the TeV-scale.The focus of Part I is on departures from the SM in the lepton sector, analysed through the framework of Effective Field Theories (EFTs). We derive the EFTs at one-loop for the type-I and type-III seesaw models, from which we examine precision lepton observables and their correlations. Notably, we find that in many cases the flavour-conserving Wilson coefficients set an upper bound on the flavour-violating ones. We also perform a comprehensive study of loop-generated explanations of the recent hints of flavour non-universality in B-meson decays and classify viable simplified models.Part II addresses composite new physics as a solution to the strong CP problem. Additional confining gauge theories are an attractive extension of the SM, appearing for instance in composite Higgs models, because their dynamics stabilise the new scale. Moreover, an axion may emerge as a composite pseudo-Nambu-Goldstone boson. We demonstrate that a sequence of strongly-coupled sectors can give rise to a clockwork mechanism, which efficiently separates the dynamical and interaction scales of a theory. We successfully construct models of an invisible QCD axion from TeV-scale dynamics, wherein the U(1) Peccei-Quinn symmetry arises accidentally. The models contain multiple dark matter candidates.
Abstract FR:
Avec des preuves expérimentales convaincantes que le modèle standard (SM) est incomplet, il est nécessaire d’examiner la manière dont il devrait être étendu.Dans cette thèse, nous étudions des scénarios motivés de physique nouvelle au-dela de l’échelle électrofaible et examinons leurs conséquences aux basses énergies. Deux approches sont retenues, l’une inspirée notamment par le vaste programme expérimental des observables du lepton, l’autre inspirée par les avantages théoriques d’une nouvelle physique fortement couplée proche de l'ordre de l’échelle du TeV.La partie I met l’accent sur les déviations du SM dans le secteur des leptons, analysées dans le cadre des théories effectives des champs (EFT). Nous calculons les EFT à une boucle pour les modèles de `seesaw' de types I et III, à partir desquels nous examinons les observables leptoniques de précision et leurs corrélations. Notamment, nous constatons que dans de nombreux cas, les coefficients de Wilson conservant la saveur fixent une limite supérieure à ceux qui violent la saveur. Nous réalisons également une étude complète des explications générées par boucle des indications récentes de non-universalité des saveurs dans les désintégrations du méson B et classifions les modèles simplifiés viables.La deuxième partie traite de la nouvelle physique composite en tant que solution au problème de CP forte. Des théories de jauge de confinement supplémentaires sont une extension intéressante du SM, apparaissant par exemple dans les modèles de Higgs composites, car leur dynamique stabilise la nouvelle échelle. De plus, un axion peut émerger sous la forme d'un boson composite pseudo-Nambu-Goldstone.Nous démontrons qu'une séquence de secteurs fortement couplés peut donner lieu à un mécanisme Clockwork, qui sépare efficacement les échelles dynamiques et d'interaction d'une théorie. Nous construisons avec succès des modèles d'un axion QCD invisible à partir de la dynamique à l'échelle TeV, dans lesquels la symétrie de Peccei-Quinn de U(1) apparaît accidentellement. Les modèles contiennent plusieurs candidats de matière noire.