lhc phenomenology and neutrino physics in gut inspired susy models

Laburpena

En la primera parte de la tesis investigamos un modelo supersimetrico con un mecanismo seesaw para explicar las masas de los neutrinos. Implementamos el modelo en SPheno que nos permitió calcular observables de LHC (Large Hardron Collider) como por ejemplo los ``Edge observables''. Con la ayuda de estos observables pudimos reconstruir el espectro de masa de una teoría como SUSY y compararlo con los resultados de los experimentos. Como no hemos observado SUSY en ningún experimento calculamos para diferentes parámetros de SUSY el espectro usando errores esperados para nuestra análisis. Para poder decidir si un modelo resulta verdadero necesitamos un valor independiente que nos permita cuantificar la desviación de los resultados teóricos de los del experimento. El mismo valor nos da entonces la posibilidad de decir si dos modelos son iguales a nivel de los observables disponibles o se distinguen de manera suficiente. Nosotros usamos la prueba de chi^2 que según el nivel de confianza da lugar a verificar o discriminar modelos. El modelo depende de cinco parámetros sin tener en cuenta los acoplamientos de yukawa del sector de neutrino y un signo que aparece en el potencial de Higgs. Los cinco parámetros en cuestión son términos que rompen supersimetría de forma soft, los valores esperados del vacío de los dos campos de Higgs y la escala de seesaw. Variando estos parámetros el espectro de masa cambia lo que por lo tanto produce valores modificados en los observables. Las masas de los neutrinos son producidas por el mecanismo de seesaw. Para aplicar este mecanismo hay que introducir partículas adicionales pesadas que se transforman o bien como singletes o como tripletes bajo el grupo de simetría del modelo estándar. Hay tres mecanismos de seesaw los llamados seesaw I, II y III. Con excepción de la escala de seesaw todos los parámetros existen también en un modelo ordinario de SU(5) con SUSY. Así que lo que hace el modelo distinguible de un modelo con sólo SU(5) y SUSY es la escala de seesaw. Si la escala de seesaw es igual a la escala de la gran unificación no se puede distinguir el modelo conteniendo el mecanismo de seesaw del modelo sin seesaw. Esto puede entenderse a partir de las RGEs, a las cuales no contribuyen las partículas nuevas que sólo existen a escalas más allá de la escala de gran unificación. Por supuesto esto sólo es cierto si se pueden despreciar los acoplamientos de yukawa del sector de neutrino. Como el valor de la escala de seesaw es tan importante para observar modificaciones significativas en los observables es muy importante conocer también el error de este parámetro. Descubrimos que los parámetros están muy correlacionados, por lo cual tuvimos que ajustar todos los parámetros simultáneamente. Una vez implementado el código hicimos análisis de seesaw I, II y III usando varias combinaciones de observables para ver cuáles son más y cuáles son menos importantes. Además investigamos el impacto de experimentos todavía más avanzados que el LHC como por ejemplo el ILC (International Linear Collider). Con un acelerador como el ILC los errores de los parámetros disminuyen significativamente por lo cual se puede distinguir entre un modelo de SU(5) con SUSY y seesaw del que no contiene seesaw en casi todo el espacio de parámetros. A pesar de una exactitud mucho más alta del ILC respecto de la del LHC, descubrimos que únicamente con los observables del LHC ya es posible encontrar indicios de que un modelo de SU(5) con SUSY y seesaw II o III explique los experimentos mejor que el que carece de seesaw. En la segunda parte de la tesis estudiamos un modelo SUSY inspirado por la gran unificación de SO(10) en el que se rompe SO(10) a la escala de gran unificación a SU(2)_L x U(1)_B-L x U(1)_R. Las masas y mezclas de neutrinos se pueden explicar en este modelo con el mecanismo de seesaw. En el modelo que hemos construido usamos el mecanismo de inverse seesaw lo que nos permite romper las simetrías de gran unificación a una escala muy baja. Motivado por el descubrimiento del bosón Higgs en el LHC construimos un modelo de SU(2)_L x U(1)_B-L x U(1)_R. Como el modelo es una extensión de las simetrías del modelo estandar hay que extender el sector de higgs. Rompiendo las simetrías adicionales a una escala muy baja además nos obliga a introducir nuevos campos. Las partículas nuevas implican una extensión de las matrices de masa lo que resulta en una modificación de la fisíca electro-débil. A diferencia con el modelo supersimetrico minimo (MSSM) en este modelo la masa del Higgs puede estar por encima de la masa del bosón Z a nivel arbol y se puede explicar la masa medida experimentalmente del order 126 GeV sin ningúna restricción sobre las masas supersimetricas. Calculamos las matrices de masa e implementamos el modelo en los programas SPheno y SARAH. Comparamos los resultados con los datos experimentales. Resulta que podemos romper las simetrías a una escala muy baja sin entrar en contradicción con los datos experimentales. Además descubrimos que en este modelo tenemos fisíca nueva que se puede comprobar en el LHC como cascadas de decaimiento de SUSY adicionales o decaimientos no-estándar del higgs.