Scalars beyond the Standard Model: Composite Higgs, dark matter and neutrino masses

Questa tesi si occupa di studiare modelli di Higgs Composto (HC), materia oscura e masse dei neutrini. In modelli di tipo HC, lo scalare di Higgs è uno pseudo-bosone di Goldstone associato che origina dalla rottura di una simmetria forte ad alta energia. Nella tesi costruiamo la Lagrangiana chirale bosonica effettiva, per un generico coset simmetrico G/H, derivando esplicitamente tutti gli operatori (sia CP-even che CP-odd) che appaiono fino a quattro derivate. Supponendo che l’uniche fonte di rottura di simmetria custodial siano quelle già presente nel Modello Standard (MS), studiamo la proiezione di questa Lagrangiana sulla Lagrangiana chirale di bassa energia del MS. Particolareggiamo questo studio considerando tre scenari particolari: il modello originale di Georgi-Kaplan SU(5)/SO(5), il modello minimale con simmetria custodial, SO(5)/SO(4), ed il modello minimale senza simmetria custodial, SU(3)/(SU(2) × U(1)). Nella tesi consideriamo inoltre unestensione del MS che coinvolge due nuove particelle scalari con massa alla scala TeV: un singoletto scalare neutro φ, che sarà poi identificato come candidato di materia oscura e un singoletto di SU(2)L scalare con carica q = 2, S++, che può essere la fonte per le masse e del mixing dei neutrini. Supponendo l’esistenza di una simmetria Z_2 nel settore scalare, sotto la quale solo φ è dispari, scriviamo il potenziale scalare (rinormalizzabile) più generale possibile. Il modello si può vedere come una possible estensione dei modelli con Higgs Portal in cui si tiene anche conto del meccanismo con cui generare le masse e i mixings dei neutrini. Il modello da noi studiato, pur predice un eccesso di positroni, non tale tuttavia da poter spiegare l’eccesso di positroni sperimentalmente osservato. Pur tuttavia si possono ottenere dei limiti meno stringenti rispetto ai normali modelli di Higgs Portal, in particolare se la scala della nuova fisica, responsabile della generazione delle masse dei neutrini e dei processi che violano il numero leptonico, è intorno ai 2 TeV.