Ponente
Descripción
El descubrimiento del bosón de Higgs en el Large Hadron Collider (LHC) completó el contenido de partículas predicho por el Modelo Estándar (ME) y abrió una nueva etapa en el estudio de la física de partículas elementales. Actualmente, una de las principales líneas de investigación consiste en determinar con precisión las propiedades de esta partícula y verificar si sus acoplamientos y canales de decaimiento coinciden con las predicciones teóricas del ME o si presentan desviaciones que puedan interpretarse como señales de nueva física. En este contexto, los decaimientos raros e invisibles del bosón de Higgs constituyen una herramienta particularmente sensible para explorar escenarios más allá del ME. En esta tesis se estudian distintos procesos de decaimiento del bosón de Higgs inducidos por la presencia de un sector oscuro que contiene un fotón oscuro no masivo asociado a una simetría de norma adicional UD(1). Dado que un fotón oscuro sin masa no puede acoplarse directamente a las partículas del ME mediante el mecanismo habitual de mezcla cinética, la comunicación entre ambos sectores ocurre a través de partículas mediadoras pesadas que portan simultáneamente cargas bajo los grupos de norma del sector visible y del sector oscuro. La presencia de estas partículas permite generar, a nivel radiativo, nuevos canales de interacción capaces de modificar la fenomenología del bosón de Higgs. Se analizan dos realizaciones concretas de este mecanismo. En el primer escenario se introduce un portal fermiónico formado por dos fermiones vectoriales con números cuánticos adecuados para acoplarse al doblete de Higgs y al fotón oscuro. Después del rompimiento espontáneo de la simetría electrodébil se determina la estructura de masas de los nuevos estados, se obtienen los ángulos de mezcla y se derivan los acoplamientos físicos relevantes para el cálculo de amplitudes perturbativas. En el segundo escenario se estudia un portal escalar basado en un conjunto de nuevos campos escalares pesados que adquieren mezcla mediante la ruptura espontánea de una simetría adicional. De manera análoga, se determinan los estados físicos, los acoplamientos efectivos y las reglas de Feynman necesarias para describir la interacción de estos campos con el bosón de Higgs, los bosons de norma del ME y el fotón oscuro. Para ambos modelos se calculan las contribuciones de nueva física a los procesos h → AA, h → AA′, h → A′A′, h → ZA y h → ZA′, donde A representa al fotón ordinario y A′ al fotón oscuro. Los cálculos se realizan a nivel de un lazo empleando el formalismo de Passarino–Veltman y utilizando expansiones asintóticas válidas en el régimen donde las masas de las partículas mediadoras son considerablemente mayores que las masas de los bosones externos. A partir de las amplitudes obtenidas se derivan expresiones analíticas para los factores de forma y las anchuras de decaimiento correspondientes.
