Authors:	Novotny, Kristiane Sylvia
Title:	Testing the validity of the Randall-Sundrum Model with flavor physics, and a Higgs decay
Online publication date:	22-May-2018
Year of first publication:	2018
Language:	english
Abstract:	Das Standard Modell der Teilchenphysik beschreibt die Natur in einer eleganten und sehr genauen Art und Weise. Allerdings gibt es immer noch offene Fragestellungen, wie z.B. das Hierarchieproblem. Einer der vielversprechendsten Kandidaten für ein neues Physikmodell ist das Randall Sundrum Modell, das sich mit vielen dieser offenen Fragen beschäftigt und neue Teilchen vorhergesagt. Dafür wird das Standard Modell wird mit einer Extradimension erweitert. In dieser eleganten und natürlichen Weise erklärt das Randall Sundrum Modell sowohl das Hierarchieproblem als auch das Flavor Hierarchieproblem durch eine Lokalisierung der Teilchen entlang der Extradimension. Das Ziel dieser Dissertation ist ein Gültigkeitstest des Randall Sundrum Modell mit einem Higgszerfall und der Flavorphysik. Zuerst wird im Randall Sundrum Modell im der loop-induzierte Zerfall des Higgsbosons in zwei Photonen betrachtet. Wir zeigen, dass dieser Zerfall sensitiv auf Beiträge neuer Physik ist. Neue Teilchen außerhalb des Standard Modell erscheinen im Loop der Diagramme und geben Beiträge zum Zerfall. Für diesen loop-induzierten Zerfall werden die 5D Propagatoren hergeleitet. Die Amplituden von Diagrammen mit Fermionpropagatoren hängen von der Higgslokalisation im Randall Sundrum Modell ab. Die Gültigkeit des Randall Sundrum Modells wird untersucht nach einer Erweiterung mit einem skalaren 5D Teilchen, dessen Kopplungen an Fermionen Flavorveränderungen verursacht. Diese Hypothese geht auf eine vermeintliche Struktur im Diphotonkanal der in 2015 genommenen Daten von ATLAS und CMS zurück. Diese Erweiterung durch ein skalares Teilchens ist sehr interessant, obwohl es sich bei der vermeintlichen Struktur in den Daten für eine statistische Fluktuation handelte. Auf dieser Hypothese aufbauend wurde das Randall Sundrum Modell erweitert, eine frühere Arbeit dieser Arbeitsgruppe wiederholt worden. Die damalige Arbeit untersuchte Beiträge von Kopplungen zwischen Fermionen und geladenen sowie ungeladenen Eichbosonen zu seltenen Standard Modell Zerfällen. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit neutralen Mesonmischungen. Die relative Abweichung zu den SM Werten beträgt O(10^(-5))im Fall von Delta m_{B_d} , O(10^(-8)) im Fall von Delta m_{B_s}, O(10^(-4))im Fall von Delta m_K und O(10^(-14)) im Fall von Br (b -> s mu^{+} mu^{-}). Darüber hinaus werden Beiträge dieser Kopplung sowohl zum elektrischen Dipolmoment des Neutrons als auch zum elektrischen Dipolmoment des Deuterons untersucht. Im Fall des elektrischen Dipolmoments des Neutrons wurde eine relative Abweichung zum Standard Modell Wert von O(10^(-3)), während im Fall des elektrischen Dipolmoments des Deuterons eine relative Abweichung zum Wert der Standard Modell Rechnung um einen Faktor bis zu 10^5 gefunden worden ist. The Standard Model of particle physics describes nature in a very elegant and accurate way, but still there are some open questions such as the hierarchy problem and the flavor problem. One of the most promising candidates for physics beyond the Standard model is the Randall Sundrum model, which addresses many of these questions and predicts Kaluza Klein excitations. Incorporating the Standard model and extending it with an extra dimension, the Randall Sundrum model is a very elegant and natural way for a resolution of the Standard model shortcomings, because it explains both the hierarchy problem and the flavor hierarchies by localization of the Standard model fields along the extra dimension. The aim of this thesis is to test the Randall Sundrum model's validity via Higgs physics, and flavor physics. First, the loop-induced decay of the Higgs boson into two photons is investigated. We show that this decay is sensitive to new physics. New particles beyond the Standard model appear in the loop and lead to contributions to this decay. Thus, the 5D propagators are derived for the calculation of the loop-induced decay of the Higgs boson into two photons. It is found that the amplitude of the diagram with fermion propagators depends on the Higgs-localisation in the Randall Sundrum model. The Randall Sundrum model is extended by a gauge-singlet 5D scalar particle and its couplings to fermions give rise to flavor changing neutral currents. This was inspired by the 2015 measurements at ATLAS and CMS, which suggested an excess in the diphoton channel. Although this particular excess turned out to be a statistical fluctuation, the general appearance of a new flavor changing neutral current inducing scalar particle is intriguing. Following this hypothesis, the Randall Sundrum model is extended based on a former work, in which the contributions of the couplings of fermions to flavor-changing gauge bosons and their role in rare Standard model decays were investigated. The focus in this thesis is on neutral meson mixing. It turns out that there is a relative deviation to the Standard model values of O(10^(-5))in case of Delta m_{B_d} , of O(10^(-8)) in case of Delta m_{B_s}, of O(10^(-4)) in case of Delta m_K, and of O(10^(-14))in case of Br (b -> s mu^{+} mu^{-}). Possible contributions to the electric dipole moment of the neutron and deuteron are studied, as well. In case of the neutron electric dipole moment, a relative deviation of the Standard model values of O(10^(-3)) is found. While the deuteron electric dipole moment is in the Standard model calculated to be 2.8*10^(-31)e cm, contributions to the deuteron electric dipole moment in the Randall Sundrum are predicted to be up to 10^5 times larger than the Standard model value of the calculation.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4423
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000020051
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	6, 143 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen