Transições de Fase Cosmológicas e Física além do Modelo Padrão

• Processo: 24/16149-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física das Partículas Elementares e Campos
• Pesquisador responsável: Gustavo Alberto Burdman
• Beneficiário: Lincoln da Silva Pereira
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 19/04837-9 - Fenomenologia de partículas, AP.TEM
• Assunto(s): Bóson de Higgs Modelo padrão estendido Ondas gravitacionais Transição de fase
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Boson de Higgs | Extensões do modelo padrão | Ondas gravitacionais | Transição de fase | Física do Modelo Padrão

Resumo

O Modelo Padrão (MP) da Física de Partículas descreve com sucesso as interações de todas as partículas elementares até agora conhecidas. Em particular, com a descoberta do bóson de Higgs no ano de 2012, o espectro do MP ficou completo. O setor de Higgs e suas interações está sendo testado no Large Hadron Collider (LHC) com crescente precisão. Porém, esses testes ainda não atingiram a precisão com a qual as interações de gauge dos férmions têm sido testadas ao longo dos últimos trinta anos. Testes de precisão do setor de Higgs do MP serão a fronteira da física de partículas nos próximos anos, em particular na era da alta luminosidade no High Luminosity LHC (HL-LHC). Dado que a energia do HL-LHC será praticamente a mesma da do LHC, a nova fronteira não será uma nova energia, mas uma maior precisão.Do ponto de vista teórico, existem muitas razões para esperar desvios no setor de Higgs em relação às previsões do MP. Para começar, o setor de Higgs é incluído no MP como uma forma de solucionar o problema da incompatibilidade da invariância de gauge com as massas dos férmions e bósons de gauge. O mecanismo de Higgs implica na existência de um potencial onde a escala eletrofraca é introduzida de forma ad hoc. De fato, em toda a teoria existe só um termo com escala de massa, e ele é o termo quadrático no campo do Higgs no potencial. A origem da escala eletrofraca é, então, uma das perguntas centrais da física de partículas hoje. Além disso, a escala eletrofraca aparece instável sob correções radiativas (problema da hierarquia). Entre outros problemas do MP, temos a origem da massa dos neutrinos, a qual requer ou uma partícula fora do MP (neutrino de mão direita) ou um mecanismo de energias acima da escala eletrofraca (see-saw); a origem da matéria escura do universo e a origem da assimetria bárion-antibárion.Extensões do MP são propostas para tentar explicar essas questões. O presente projeto tem duas vertentes: 1) Estudar extensões do MP que modificam os acoplamentos do bóson de Higgs com bósons de gauge, férmions e até com ele mesmo. As extensões em questão resultam em dependência dos acoplamentos do Higgs com o momento. Esses modelos devem ser estudados com especial atenção a sinais no HL-LHC. 2) Estudar os efeitos de extensões do MP no setor de Higgs nas transições de fase cosmológicas. A quebra espontânea da simetria eletrofraca implica na existência de uma transição de fase na história cosmológica do universo, numa dada temperatura crítica. Essa transição de fase tem sido amplamente estudada. Porém, em muitas extensões do MP, e em particular naquelas onde o Higgs é um (pseudo)bóson de Nambu-Goldstone (pNGB), devem existir outras transições de fase. Propomos estudar os detalhes dessas transições de fase e suas possíveis correlações com sinais experimentais, tanto no LHC como em experimentos de detecção de ondas gravitacionais.