Cette thèse est consacrée à l'analyse, dans le cadre des théories supersymétriques, des phénomènes liés à la présence de dimensions supplémentaires et de secteurs branaires. Nous proposons une extension du MSSM motivé par les théories présentant des dimensions supplémentaires, dans laquelle le secteur de jauge est étendu de manière à former une représentation N = 2 de l'algèbre de supersymétrie. Nous décrivons comment, dans ce modèle, des masses de Dirac apparaissent naturellement pour les jauginos, et calculons les interactions et matrices de masse des nouveaux neutralinos et charginos présents. Puis nous étudions, dans le cadre des théories de supergravité en cinq dimensions, le couplage des champs de gravité aux multiplets chiraux localisés sur les branes. Cette étude conduit à l'introduction d'une nouvelle extension hors couche de masse de la supergravité en cinq dimensions, qui est bien adaptée au couplage des champs chiraux sur les branes au multiplet de supergravité pentadimensionnelle dans le cas d'un superpotentiel quelconque et dans la présence de F-termes différents de zéro. Le mécanisme de Scherk-Schwarz généralisé et le mécanisme de super-Higgs dans cette classe de théories sont également étudiés en détail. Notamment nous décrivons comment les pseudo-Goldstinos apparaissent lorsque la supersymétrie est brisée par des F-termes sur les branes et dans le volume pentadimensionnel par le mécanisme de Scherk-Schwarz. Nous étudions des possibilités d'identification des pseudo-Goldstinos aux neutrinos stériles. Enfin, des propriétés des gravitinos dans les théories à six dimensions sont étudiées.

Le contexte de ce travail peut être rattaché à la M-théorie d'Horava-Witten dans laquelle l'Univers a pu connaître une étape à 5 dimensions mais aussi aux théories de Baryogénèse via Leptogénèse qui impliquent de hautes températures de réchauffage après l'Inflation. Le modèle cosmologique étudié se situe dans le contexte d'une supergravité à 5 dimensions avec l'extra-dimension compacte de type $S1/Z_2$, où les champs de matière et de jauge vivent sur une des deux membranes localisées aux point fixes de l'orbifold et où les champs de supergravité se propagent dans l'ensemble des dimensions spatiales. En faisant l'hypothèse que la matière noire est composée de Neutralino, qui est dans notre modèle la particule supersymétrique la plus légère, nous avons montré qu'il existe des courbes de contraintes entre la taille de l'extra-dimension et la température de réchauffage de l'Univers après l'Inflation. Les contraintes proviennent, d'une part, des mesures de la quantité de Matière Noire dans l'Univers, et d'autre part, du modèle de la Nucléosynthèse Primordiale des éléments légers

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2016-03-15T12:00:51Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 537788 bytes, checksum: f4d2088488947fc0f778709eac62f92b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-15T12:00:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 537788 bytes, checksum: f4d2088488947fc0f778709eac62f92b (MD5) Previous issue date: 2015-07-31 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Supersymmetry is a very useful tool for extending the Standard Model up to the grand unification scale, studying electoweak symmetry breaking and providing dark matter candidates. The presence of superpartners solves the problem of divergences, and changes the renormalization group equations in a way that allows gauge coupling unification. In a global supersymmetry the breaking scale is proportional to the vacuum energy, which makes it incompatible with the low value of the cosmological constant. Promoting SUSY to a local symmetry results in supergravity, which mandates existence of a spin-2 gravitational field, naturally integrates General Relativity and particle physics, and is required to adjust the potential and obtain a high breaking scale with low cosmological constant. This review work looks into models based on gravity-mediated supersymmetry breaking. These models allow a simpler hidden sector than their gauge-mediated or anomay-mediated counterparts. And the lightest supersymmetric particles, higgsino-like, could be detected once an electron-positron collider such as ILC is ready. / A supersimetria ´e uma ferramenta muito ´util para estender o Modelo Padr˜ao at´e a escala de grande unifica¸c˜ao, para estudar a quebra de simetria eletrofraca e prover candidatos a mat´eria escura. A presen¸ca dos superparceiros resolve o problema das divergˆencias, e altera as equa¸c˜oes do grupo de renormaliza¸c˜ao de modo a permitir a unifica¸c˜ao dos acoplamentos de gauge. A escala de quebra de uma supersimetria global ´e proporcional `a energia do v´acuo, o que a tornaria incompat´ıvel com o baixo valor da constante cosmol´ogica. A promo¸c˜ao de SUSY a uma simetria local resulta na supergravidade, que obriga a existˆencia do campo gravitacional com spin-2, integra naturalmente a Relatividade Geral e a f´ısica de part´ıculas, e ´e necess´aria para ajustar o potencial e obter alta escala de quebra com constante cosmol´ogica baixa. Este trabalho de revis˜ao aborda modelos baseados na quebra de supersimetria mediada por gravita¸c˜ao. Estes modelos aceitam um setor oculto mais simples que os modelos concorrentes mediados por gauge ou por anomalias. E as part´ıculas supersim´etricas mais leves, do tipo higgsino, podem ser detectadas quando um colisor el´etron-p´ositron como o ILC estiver pronto.

Le modèle standard de la physique des particules a été développé dans les années 1970. Malgré de grands succès expérimentaux, il présente des problèmes qui ne peuvent être résolus qu'avec des extensions du modèle. La supersymétrie est un candidat particulièrement intéressant, qui postule simplement une symétrie supplémentaire entre bosons et fermions. En plus d'apporter des réponses dans le domaine de la physique des particules, la supersymétrie trouve des applications intéressantes en cosmologie. Elle contient des candidats possibles à la matière noire, qui représente 25\% de la densité d'énergie de l'Univers et dont la nature est inconnue. Un autre problème cosmologique intéressant est celui des problèmes du lithium dans le cadre de la nucléosynthèse primordiale décrivant la production des éléments légers dans les premières secondes de l'Univers après le Big Bang. Les abondances de lithium prévues par la théorie sont incompatibles avec les observations. J'étudie ici un scénario où une particule supersymétrique, le gravitino, est un candidat à la matière noire et la production de cette particule par désintégration d'autres particules supersymétriques permet de résoudre les problèmes du lithium.