Warped extra dimensions: flavor, precision tests and Higgs physics

Abstract

In this thesis, the phenomenology of the Randall-Sundrum setup is investigated. In this context models with and without an enlarged SU(2)_L x SU(2)_R x U(1)_X x P_{LR} gauge symmetry, which removes corrections to the T parameter and to the Z b_L \\bar b_L coupling, are compared with each other. The Kaluza-Klein decomposition is formulated within the mass basis, which allows for a clear understanding of various model-specific features. A complete discussion of tree-level flavor-changing effects is presented. Exact expressions for five dimensional propagators are derived, including Yukawa interactions that mediate flavor-off-diagonal transitions. The symmetry that reduces the corrections to the left-handed Z b \\bar b coupling is analyzed in detail. In the literature, Randall-Sundrum models have been used to address the measured anomaly in the t \\bar t forward-backward asymmetry. However, it will be shown that this is not possible within a natural approach to flavor. The rare decays t \\to cZ and t \\to ch are investigated, where in particular the latter could be observed at the LHC. A calculation of \\Gamma_{12}^{B_s} in the presence of new physics is presented. It is shown that the Randall-Sundrum setup allows for an improved agreement with measurements of A_{SL}^s, S_{\\psi\\phi}, and \\Delta\\Gamma_s. For the first time, a complete one-loop calculation of all relevant Higgs-boson production and decay channels in the custodial Randall-Sundrum setup is performed, revealing a sensitivity to large new-physics scales at the LHC.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Phänomenologie von Randall-Sundrum-Modellen. Es werden Modelle, bei denen Beiträge zum T-Parameter und zur Z b_L \\bar b_L-Kopplung durch eine erweiterte SU(2)_L x SU(2)_R x U(1)_X x P_{LR} Eich-Symmetrie verboten sind und solche ohne diese Symmetrie gegenübergestellt. Die Kaluza-Klein-Zerlegung wird direkt in der Massenbasis vorgenommen, wodurch ein vertieftes Verständnis verschiedener Eigenschaften der Modelle ermöglicht wird. Eine vollständige Analyse flavor-ändernder Prozesse auf Born-Niveau wird präsentiert. Es werden exakte Ausdrücke für fünf-dimensionale Propagatoren hergeleitet, unter Berücksichtigung flavor-ändernder Yukawa Kopplungen. Die Unterdrückung der Korrekturen zum Z b_L \\bar b_L-Vertex wird detailliert analysiert. Randall-Sundrum-Modelle wurden in der Literatur herangezogen, um die gemessene Erhöhung in der t \\bar t Vorwärts-Rückwärts-Asymmetrie zu erklären. Es wird gezeigt, dass dies in einem natürlichen Ansatz bezüglich der Flavor-Struktur nicht möglich ist. Die seltenen Zerfälle t \\to cZ und t \\to ch werden untersucht, wobei insbesondere der letztere eine Größenordnung erreichen kann, die am LHC messbar ist. Es wird eine Berechnung von \\Gamma_{12}^{B_s} unter Berücksichtigung von Beiträgen neuer Physik durchgeführt und gezeigt, dass in Randall-Sundrum-Modellen eine bessere Übereinstimmung mit den gemessenen Werten für A_{SL}^s, S_{\\psi\\phi} und \\Delta\\Gamma_s erreicht werden kann. In dieser Arbeit wird die erste vollständige Ein-Schleifen-Rechnung für alle relevanten Produktions- und Zerfallskanäle des Higgs-Bosons in Randall-Sundrum-Modellen präsentiert. Dabei wird eine Sensitivität auf große Skalen, jenseits der direkten Reichweite des LHC, festgestellt.