Multi-Higgs e mais além: uma odisseia do vácuo às anomalias

O Modelo Padrão da física de partículas descreve a estrutura da matéria e as interações fundamentais, cujo conteúdo ficou completo com a observação do bosão de Higgs em 2012, previsto exatamente há 60 anos.

Contudo, o puzzle completo permanece por resolver existindo várias indicações de que física para além da teoria padrão é necessária. Nesta tese, exploramos extensões do sector escalar, uma das mais interessantes possibilidades de física para além do Modelo Padrão. Revemos extensões com um singleto extra (real ou complexo), um dubleto complexo ou um tripleto complexo.

Extensões com tripletos escalares fornecem um interessante mecanismo para a explicação das massas dos neutrinos. Fazemos uma análise minuciosa da estabilidade do vácuo no modelo com apenas um tripleto complexo, ilustrando a possível ocorrência de mínimos não-físicos. Motivados por possíveis conexões com a violação da simetria carga-paridade no sector leptónico, também exploramos o espectro de massa do modelo com dois tripletos complexos.

Se a simetria carga-paridade for quebrada de forma espontânea pelo vácuo, a existência de partículas mais leves do que o bosão de Higgs é inevitável. Considerando extensões com dubletos, construímos um modelo lepton-specific com quatro dubletos, no qual escalares podem ter decaimentos consideráveis para eletrões e muões, em contraste com os tipicos decaimentos leptónicos para taus.

Finalmente, analisamos duas medições experimentais que continuam a desafiar uma explicação pelo Modelo Padr˜ao. O momento magnético anómalo do muão pode ser explicado no contexto de modelos com dois dubletos de Higgs, mas entra em desacordo com outros constrangimentos experimentais. Mostramos que adicionar leptões vector-like que não se misturam com os leptões do Modelo Padrão pode aliviar este problema.

Contudo, surgem problemas com a perturbatividade de certos acoplamentos. De seguida, revisitamos uma das primeiras soluções propostas para as anomalias ATOMKI sob a forma de um novo bosão de gauge cuja carga é a diferença entre os números barifónico e leptónico. Elucidamos as suas várias desvantagens, mesmo após adicionar leptões vector-like.