Matéria escura e modelos de Twin Higgs

Resumo

O Modelo Padrão (MP) da F1sica de Part1culas é uma descrição extremamente bem sucedida dos dados experimentais com que contamos hoje. No entanto, as suas limitações são aparentes pelo fato dele possuir um grande número de parâmetros arbitrários. Por outra parte, as evidências da existência de matéria escura (ME) no universo são múltiples e inconstestáveis. Ela corresponde a mais de 80% da matéria observada no universo. Porém, o MP não contém nenhuma part1cula candidata à ME e portanto incorporarla requer uma teoria além do MP. Teorias ad hoc estendendo o MP só para acomodar ME existem em abundância e se bem servem de guia para a fenomenologia, não fazem previsões em relação ao resto da f1sica de part1culas. Um outro problema do MP é o fato da escala eletrofraca ser instável, o que dá lugar ao chamado problema da hierarquia de escalas. A solução desse problema requer nova f1sica na escala TeV, que é precisamente a escala de energia sendo estudada no Large Hadron Collider (LHC) do CERN. Neste projeto nos propomos estudar extensões do (MP) que descrevam nova f1sica na escala TeV resolvendo o problema da hierarquia e que ao mesmo tempo tenham naturalmente candidatos a ME. Em particular, vamos nos concentrar no chamado modelo Twin Higgs (TH). Nessa teoria, o bóson de Higgs é leve dado que ele é um pseudo bóson de Nambu-Goldstone (pNGB) resultado da quebra espontânea de uma simetria global. O modelo prevê a existência de um setor "twin", uma cópia quase exata do modelo padrão, tanto nas representações fermiônicas como do setor de gauge. O modelo TH foi proposto para resolver o problema da hierarquia. Porém, a necessária existência do setor twin permite a possibilidade de ter ME sem a necessidade de introduzir elementos adicionais. Em particular, os núcleons no setor twin são excelentes candidatos à ME dadas as condições certas no setor de Higgs da teoria. Existem várias possibilidades para usufruir o setor twin do TH para incorporar ME. O projeto tem como foco que o aluno estude em profundidade as possibilidades que já existem na literatura, e no fim fazer uma contribuição original.