Orientador: Nathan Jacob Berkovits / Banca: Ricardo Antônio Mosna / Banca: Bruto Max Pimentel Escobar / Resumo: Neste estudo iremos aplicar supersimetria em teorias como mecânica quântica, teoria de cordas e teoria de campos em D = 3. Apesar de todas essas teorias terem aplicações em campos completamente diferentes iremos encontrar semelhanças entre elas através da algebra supersimétrica. Discutiremos tamb em vários resultados que supersimetrização traz para cada uma dessas teorias / Abstract: In this study we'll use supersymmetry in diferent theories like quantum mechanics, string theory and eld theory in D = 3. Although all these theories have aplication in diferent areas of physics, we'll nd similarities among them. To nish we'll discuss some results that supersymmetry bring to each of these theories / Mestre

Malgré les nombreux succès du Modèle Standard de la physique des particules, plusieurs éléments montrent qu'il ne s'agit que d'une théorie effective à basse énergie. En effet, la masse des neutrinos et la matière noire ne sont pas expliqués dans ce modèle, qui ne prend pas en compte non plus la gravitation dont la version quantique n'a toujours pas été établie. De plus, les divergences quadratiques des corrections à la masse du boson de Higgs dans ce modèle pose un problème de naturalité. Tous ces problèmes indiquent la nécessité de trouver une nouvelle physique, qui doit être décrite par une extension du Modèle Standard. Une des possibilités est d'ajouter une nouvelle symétrie de l'espace-temps, la Supersymétrie, reliant les bosons et le fermions. Dans son extension miminale, la Supersymétrie permet déjà de résoudre le problème de la matière noire en proposant un candidat naturel, le neutralino, et de supprimer les dangereuses corrections quadratiques à la masse du boson de Higgs.Dans cette thèse, les travaux se sont concentrés sur une extension supersymétrique non minimale du Modèle Standard, le NMSSM. Afin de confronter la théorie aux expériences, il est nécessaire de calculer précisément les différentes observables. Ces calculs étant complexes, il est naturel de les automatiser, ce qui a été réalisé à l'aide du code SloopS. Avec ce code, nous avons pu dans un premier temps nous intéresser à la désintégration du boson de Higgs en un photon et un boson Z. Ce mode de désintégration a la particularité d'être généré directement à une boucle, ce qui le rend sensible à la présence de nouvelles particules. Il a commencé à être mesuré lors du Run 1 du LHC et les données vont continuer à s'accumuler avec le Run actuel (Run 2). La possibilité d'une déviation du signal mesuré avec celui prédit par le modèle Standard, requiert donc une analyse théorique préliminaire, que nous avons effectué dans le cadre du NMSSM. Nous nous sommes ensuite intéressé aux corrections radiatives pour des processus plus généraux.Il a d'abord fallu réaliser et implémenter la renormalisation dans SloopS afin de réguler les divergences apparaissant dans ces calculs à une boucle. Puis nous avons pu utiliser le modèle renormalisé pour calculer les corrections radiatives aux masses et largeurs de désintégration des différentes particules supersymétriques et des bosons de Higgs, en comparant les résultats obtenus dans différents schémas de renormalisation. / Although the Standard Model has been very successful so far, it presents several limitations showing that it is only an effective low energy theory. For example, the neutrino masses or dark matter are not predicted in this model. Gravity is also not taken into account and we expect that it plays a quantum role at energies around the Planck mass. Moreover, radiative corrections to the Higgs boson mass suffer from quadratic divergences. All these problems underline the fact that new physics should appear, and this has to be described by an extension of the Standard Model. One well-motivated possibility is to add a new space-time symetry, called Supersymmetry, which link bosons and fermions. In its minimal extension, Supersymmetry can already solve the dark matter paradox with a natural candidate, the neutralino, and provide a cancellation of the dangerous quadratic corrections to the Higgs boson mass.In this thesis, we focussed on the Next-to-Minimal SuperSymmetric extension of the Standard Model, the NMSSM. To compare theoretical predictions with experiments, physical observables must be computed precisely. Since these calculations are long and complex, automatisation is desirable. This was done by developping SloopS, a program to compute one-loop decay width and cross-section at one-loop order in Supersymmetry. With this code, we first analysed the decay of the Higgs boson in a photon and a Z boson. This decay mode is induced at the quantum level and thus is an interesting probe of new physics. Its measurement has been started during Run 1 of the LHC and is continued now in Run 2. The possibility of deviation between the measured signal strength and the one predicted by the Standard Model motivates a careful theoretical analysis in beyond Standard Models which we realised within the NMSSM. Our goal was to compute radiative corrections for any process in this model. To cancel the ultraviolet divergences appearing in higher order computations, we had to carry out and implement the renormalisation of the NMSSM in SloopS. Finally, it was possible to use the renormalised model to compute radiatives corrections to masses and decay widths of Higgs bosons and supersymmetric particles in the NMSSM and to compare the results between different renormalisation schemes.

Le Modèle Standard de la physique des particules a été renforcé par la récente découverte du très attendu boson de Higgs. Le modèle standard cosmologique a lui relevé le défi de la haute précision des observations cosmologiques et des expériences d'astroparticules. Toutefois, ces deux modèles standards sont encore confrontés à plusieurs problèmes théoriques, comme le problème de naturalité dans le secteur de Higgs du Modèle Standard, ainsi que des problèmes observationnels à l'image des nombreuses preuves de l'existence d'un genre inconnu de matière, appelé Matière Noire, qui représenterait la majeure partie du contenu en matière de l'Univers. Les tentatives visant à résoudre ces problèmes ont conduit au développement de nouveaux modèles physiques au cours des dernières décennies. La supersymétrie est un de ces modèles qui traite du problème du réglage fin dans le secteur de Higgs et fournit de bons candidats à la Matière Noire. Les expériences actuelles de physique des hautes énergies et de haute précision offrent de nombreuses possibilités pour contraindre les modèles supersymétriques. C'est dans ce contexte que cette thèse s'inscrit. En considérant le Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM), l'extension supersymétrique la plus simple du Modèle Standard, et son candidat à la Matière Noire, le neutralino, il est montré que les contraintes obtenues en collisionneur pourraient fournir des informations sur une période de l'Univers jeune, l'ère inflationnaire. Il est également démontré que la Détection Indirecte de Matière Noire, en dépit de plusieurs inconvénients, peut se révéler être une technique efficace pour explorer les modèles de Matière Noire supersymétrique. Au-delà du MSSM il est montré que des caractéristiques uniques du candidat à la Matière Noire dans le NMSSM peuvent être explorées aux collisionneurs. L'étude d'un modèle supersymétrique avec une symétrie de jauge étendue, le UMSSM, est également développée. Les caractéristiques d'un autre candidat de la matière noire de ce modèle, le sneutrino droit, sont analysées. Des contraintes plus générales telles que celles provenant d'observables de basse énergie sont finalement prise en compte. / The Standard Model of particle physics has been strengthened by the recent discovery of the long-awaited Higgs boson. The standard cosmological model has met the challenge of the high precision observations in comology and astroparticle physics. However these two standard models face both several theoretical issues, such as the naturalness problem in the Higgs sector of the Standard Model, as well as observational issues, in particular the fact that an unknown kind of matter called Dark Matter accounts for the majority of the matter content in our Universe. Attempts to solve such problems have led to the development of New Physics models during the last decades. Supersymmetry is one such model which addresses the fine-tuning problem in the Higgs sector and provides viable Dark Matter candidates. Current high energy and high precision experiments give many new opportunities to probe the supersymmetric models. It is in this context that this thesis is written. Considering the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), the simplest supersymmetric extension of the Standard Model of particle physics, and its conventional Dark Matter candidate, the neutralino, it is shown that collider constraints could provide informations on the very early Universe at the inflation area. It is also demonstrated that the Indirect Detection of Dark Matter, despite several drawbacks, can be a powerful technique to probe supersymmetric Dark Matter models. Beyond the MSSM it is shown that unique characteristics of the Dark Matter candidate in the NMSSM could be probed at colliders. The study of a supersymmetric model with an extended gauge symmetry, the UMSSM, is also developed. The features of another Dark Matter candidate of this model, the Right-Handed sneutrino, are analysed. More general constraints such as those coming from low energy observables are finally considered in this model.

We introduce the formalism of supersymmetric quantum mechanics, including super-symmetry charges,Z2-graded Hilbert spaces, the chirality operator and the Wittenindex. We show that there is a one to one correspondence of fermions and bosons forenergies different than zero, which implies that the Witten index measures the dif-ference of fermions and bosons at the ground state. We argue that the Witten indexis the index of an elliptic operator. Quantization of the supersymmetric non-linearsigma model shows that the Witten index equals the Euler characteristic of the un-derlying Riemannian manifold over which the theory is defined. Finally, the pathintegral representation of the Witten index is applied to derive the Gauss-Bonnettheorem. Apart from this we introduce elementary mathematical background in thesubjects of topological invariance, Riemannian manifolds and index theory / Vi introducucerar formalismen f ̈or supersymmetrisk kvantmekanik, d ̈aribland super-symmetryladdningar,Z2-graderade Hilbertrum, kiralitetsoperatorn och Wittenin-dexet. Vi visar att det r ̊ader en till en-korrespondens mellan fermioner och bosonervid energiniv ̊aer skillda fr ̊an noll, vilket medf ̈or att Wittenindexet m ̈ater skillnadeni antal fermioner och bosoner vid nolltillst ̊andet. Vi argumenterar f ̈or att Wittenin-dexet ̈ar indexet p ̊a en elliptisk operator. Kvantisering av den supersymmetriskaicke-linj ̈ara sigmamodellen visar att Wittenindexet ̈ar Eulerkarakteristiken f ̈or denunderliggande Riemannska m ̊angfald ̈over vilken teorin ̈ar definierad. Slutligenapplicerar vi v ̈agintegralrepresentationen av Wittenindexet f ̈or att h ̈arleda Gauss-Bonnets sats. Ut ̈over detta introduceras ocks ̊a grundl ̈aggande matematisk bakrundi ämnena topologisk invarians, Riemmanska m ̊angfalder och indexteori.

La notion d’entropie d’intrication a eu un profond impact sur la physique théorique, particulièrement depuis ces dix dernières années. D’abord introduite afin expliquer l’entropie des trous noirs, son champ d’application s’est par la suite ouvert à une grande variété de domaines de recherche, de la matière condensée à la gravitation quantique, de l’information quantique à la théorie quantique des champs. Dans ce contexte scientifique effervescent, l’entropie d’intrication apparait comme un outil central et doit donc intensivement être étudiée. A l’origine de cette thèse se trouve le désir de mieux comprendre cette entropie. D’intéressants développements concernant les effets de bord sur l’entropie d’intrication ont vu le jour récemment. Nous proposons donc d’explorer comment le bord d’un espace affecte l’entropie, en particulier dans la situation où la surface d’intrication intersecte ce bord. Nous présentons des calculs explicites de l’entropie d’intrication en espace plat avec bords. Nous montrons que des termes induits par ces bords apparaissent dans l’entropie et nous soulignons le rôle prépondérant que jouent les conditions aux bords. Nous étudions ensuite la contribution de bord dans le terme logarithmique de l’entropie d’intrication en dimensions trois et quatre. Nous calculons en premier lieu ce terme en théorie des champs pour la théorie N = 4 de Yang-Mills, puis nous répétons ce calcul de manière holographique. Nous montrons que ces deux méthodes de calcul donnent le même résultat, si du côté théorie des champs les conditions aux bords préservent la moitié de la supersymétrie et que du côté gravité l’extension du bord dans le bulk est une surface minimale. / The entanglement entropy has had a tremendous and profound impact on theoretical physics, particularly since the last decade. First introduced in an attempt to explain black holes entropy, it has then found applications in a wide range of research areas, from condensed matter physics to quantum gravity, from quantum information to quantum field theory. In this exciting scientific context, the entanglement entropy has thus emerged as a useful and pivotal tool, and as such justifies the need to be intensively studied. At the heart of this thesis therefore lies the desire to better understand the entanglement entropy. Interesting developments during the recent years concern the boundary effects on the entanglement entropy. This dissertation proposes to explore the question of how the presence of spacetime boundaries affects the entropy, specifically in situations where the entangling surface intersects these boundaries. We present explicit calculations of entanglement entropy in flat spacetime with plane boundaries. We show that boundary induced terms appear in the entropy and we emphasize the prominent role of the boundary conditions. We then study the boundary contribution to the logarithmic term in the entanglement entropy in three and four dimensions. We perform the field theoretic computation of this boundary term for the free N = 4 super-gauge multiplet and then repeat the same calculation holographically. We show that these two calculations are in agreement provided that on the field theory side one chooses the boundary conditions which preserve half of the full supersymmetry and that on the gravity side the extension of the boundary in the bulk is minimal.

Ce mémoire de thèse présente une étude de l’identification des candidats tau par différents algorithmes dans les collisions pp au LHC et impliquant différents processus physiques : électrofaibles, production de quarks top, SUSY et QCD. Les leptons tau sont identifiés géométriquement dans la voie de désintégration hadronique car les jets issus de ces désintégrations sont généralement plus étroits et mieux isolés que les jets QCD. Une discrimination supplémentaire est appliquée en exigeant la présence d’un des modes de désintégration hadronique dominants du tau contenant un ou trois pions chargés et jusqu’à deux pions neutres. Les jets QCD produits en très grande quantité dans les collisions proton-proton du LHC constituent une source de bruit de fond importante pour les analyses impliquant l’identification de leptons tau. L’analyse des jets QCD produits dans le LHC pour les études de mauvaise identification porte sur 36 pb−1 de données enregistrées par le détecteur CMS pendant l’année 2010. Les efficacités d’identification et les taux de mauvaise identification nous révèlent une forte dépendance en les caractéristiques de l’évènement étudié : les efficacités sont globalement plus basses dans les évènements présentant une activité hadronique importante comme les évènements SUSY et tt que dans les évènements QCD mous et électrofaibles. Les effets de l'environnement sur l’identification de tau sont paramétrés à l’aide de deux variables globales : somme(ET) et la multiplicité de hadrons chargés. Les efficacités chutent typiquement de 80% entre les multiplicités de hadrons les plus faibles et le plus fortes. / The work presented in this thesis deals with tau identified by different algorithms in pp collision at LHC and in various kind of physics processes : Electroweak, top quark production, SUSY and QCD. Tau leptons are geometrically identified in their hadronic decay mode because the jets coming from those decays are generally more collimated and isolated than QCD jets. An additional discrimination is applied in asking the presence of one of the dominant # decay modes containing one or three charged pions and up to two neutral pions. The QCD jets produced in large quantities in LHC proton-proton collisions constitute a large background source for analyses involving tau-ID. The analysis of QCD jets produced in LHC for fake-rate studies processed 36pb−1 of data registered during year 2010. Identification efficiencies and fake-rate distributions reveals a strong dependency on event type : distributions are globally lower in events having a large hadronic activity like SUSY and tt events than in electroweak and QCD events. The environment effects of the collision on the identification of tau leptons can be parameterized by two global variables : somme(ET) and charged hadron multiplicity. Efficiencies drop down by 80% between the lowest and the highest charged hadron multiplicities.

Orientador: Orlando Luis Goulart Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T13:51:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lessa_AndrePaniago_M.pdf: 1406320 bytes, checksum: ef9057a3046500f72b58ec6a9a5e266f (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O modelo padrão das partículas elementares, baseado na invariância de Lorentz e na simetria de gauge SU(3)c Ä SU(2)L Ä U(1)Y, foi confirmado por todos os testes experimentais até o momento. No entanto, nada nos garante que é este o modelo final das interações fundamentais. Problemas teóricos como a hierarquia, o número de gerações de partículas e a assimetria bariônica e alguns dados experimentais (neutrinos massivos, matéria e energia escura) sugerem a necessidade de física além do Modelo Padrão (SM). Alguns destes problemas são resolvidos em uma importante classe de modelos, que assumem a existência de simetrias espaciais adicionais, chamada de supersimetria. A proposta deste projeto é estudar a idéia de supersimetria e sua possível relevância para a física além do Modelo Padrão. Para entendermos o princípio da supersimetria, iremos construir o Modelo Padrão Supersimétrico Mínimo (MSSM) e apresentar algumas de suas conseqüências fenomenológicas. Também serão apresentados os modelos mSUGRA e mGMSB, assim como algumas de suas principais características. Em Anexo apresentaremos algumas informações complementares, além de um trabalho desenvolvido em paralelo com o projeto de Mestrado / Abstract: The standard model of elementary particles, based in Lorentz invariance and in the gauge symmetries SU(3)c Ä SU(2)L Ä U(1)Y, was confirmed by all experimental data so far. However there is no evidence that it is the final theory of fundamental interactions. In fact, several theoretical evidences, such as the hierarchy problem, baryogenesis and the number of families and a few experimental data (neutrino masses, dark matter and dark energy) suggest that we should look for physics beyond the Standard Model (SM). Some of these problems are solved in an important class of models, which assume the existence of additional spatial symmetries, called supersymmetry. The objective of this thesis is to study the concept of supersymmetry and its potential relevance to the physics beyond the Standard Model. To understand the principle of supersymmetry we will construct the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) and present some of its phenomenological consequences. We will also present the mSUGRA and mGMSB models, as well as some of its properties. In the Appendix we show some complementary information and a parallel work developed during this project / Mestrado / Física das Particulas Elementares e Campos / Mestre em Física

Orientador: Orlando Luis Goulart Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T00:42:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pasquini_PedroSimoni_M.pdf: 4615786 bytes, checksum: d94409b2794db9d8be03e41a933166d1 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Apesar do grande sucesso alcançado pela teoria do modelo padrão baseada nas simetrias SU&subC;(3)? SU&subL;(2)? U(1), ainda existem alguns desafios a serem conquistados. Uma maneira direta de resolver os problemas é interpretar o modelo padrão (SM) como um modelo efetivo cuja validade chega até uma escala de energia E ¿ ?, na qual ele deixa de ser válido. Suspeita-se de que ? ~ TeV, e poderá ser observada nova física com as análises do Large Hadron Collider (LHC). No sentido de teoria efetiva do SM, é possível explicar a origem da oscilação de neutrinos [2] via mecanismo de Higgs, combinado com o modelo See-saw[1]. Esse mecanismo produz um operador 5-dimensional renormalizável que gera os ângulos de mistura dos neutrinos. Esse trabalho faz um estudo sobre a evolução dos ângulos de mistura dos neutrinos com a energia, via equações do grupo de renormalização. Comparando o modelo padrão com sua possível extensão, o modelo supersimétrico e modelos com uma dimensão espacial extra. A evolução dos ângulos de mistura é bem sutil mesmo para altas energias na ordem de 14TeV, ~ 2:5% para os modelos padrão e supersimétrico, com evolução com a escala na forma logarítmica e, um pouco mais acentuada, ~ 15% para o modelos com dimensões extras, cujo resultado esperado pela dependência quadrática na escala de energia problema. A análise foi feita para alguns valores nos raios das dimensões extras, e foi visto, como o esperado, que quanto menor o raio, menor é a mudança visível a baixas energias. Tais resultados podem ajudar na seleção de modelos, entretanto a variação no ângulo de mistura não é observável fora dos erros experimentais atuais- de medições já realizadas sobre oscilação de neutrinos. A variação entre os modelos é, portanto, leve, de forma que não é possível verifica-la com os dados atuais / Abstract: In spite of the great success reached by the Standard Model (SM) of particle physics, there are some puzzles that seems as a new physics at the ~ TeV scale, such as the origin of neutrino mass and neutrino oscillations. The framework for dealing with those effects are the interpretation of the SM as an effective theory valid at maximum energy E ¿ ?, where ? ~ TeV. In this work we study the evolution of neutrino masses and their mixing angles, which are supposed to be generated via the 5-dimensional Weinberg operator as a consequence of the see-saw mechanism. The studied models are: (1) A minimal extension of the standard model with three heavy steril neutrinos, (2) Minimal Supersymmetric Standar Model, (3) Minimal Unified Extra Dimensions in 5D. We show that the running of the mixing are very sutil in the _rst two models, less then 10% for ?12, and a bit bigger, of order of 10%, also ?12, in a power law growth with energy, as expected by the effectiviness nature of the model. The neutrino mass square diference tend to decrease, but not enough to reach a equality of masses in some energy scale near ~ TeV / Mestrado / Física / Mestre em Física

La fonction de partition de théories de jauge supersymétriques avec quatre supercharges sur la sphere à deux dimensions est calculée exactement grâce à la localisation supersymétrique. Pour certaines théories de jauge, les expressions explicites sont égales à des corrélateurs dans la théorie conforme des champs de Toda de dimension deux. Ces égalités trouvent leur place ausein de la correspondance AGT, qui relie des théories de jauge supersymétriques de dimension quatre avec huit supercharges à des corrélateurs de la théorie de Toda. En effet, les théories de jauge à deux dimensions peuvent être insérées le long d’une surface dans une théorie à quatre dimensions, formant ainsi un opérateur de surface à moitié BPS. Une telle insertioncorrespond à l’ajout d’un opérateur local particulier (un opérateur de vertex dégénéré) dans le corrélateur de Toda.Cette correspondance enrichie a plusieurs conséquences. D’une part, les symétries des corrélateurs de Toda impliquent des analogues des dualités de Seiberg et de Kutasov–Schwimmer pour les théories de jauge à deux dimensions avec quatre supercharges. D’autre part, les résultats exacts en théorie de jauge fournissent de nouvelles données dans la théorie de Toda.Cela mène à une proposition concrète pour l’échange de deux opérateurs de vertex semi-dégénérés dans la théorie de Toda, qui contient des informations importantes concernant la S-dualité à quatre dimensions. / The sphere partition function of two-dimensional supersymmetric gauge theories with four supercharges is computed exactly using supersymmetric localization. For some gauge theories, explicit expressions are found to match with correlators in the two-dimensional Toda conformal field theory. This fits into the AGT correspondence, which relates supersymmetric fourdimensionalgauge theories with eight supercharges to correlators in the Toda theory. More precisely, the two-dimensional gauge theories can be inserted along a surface in a four-dimensional theory, thus forming half-BPS surface operators: such an insertion corresponds to the addition of a particular local operator (a degenerate vertex operator) in the Toda correlator.This enriched correspondence has several consequences. On the one hand, symmetries of Toda correlators imply analogues of Seiberg and Kutasov–Schwimmer dualities for two-dimensional gauge theories with four supercharges. On the other hand, exact gauge theory results yield previously unknown data in the Toda theory. This leads to a concrete proposal for the Toda braiding kernel of two semi-degenerate vertex operators, which holds important information about four-dimensional S-duality.

We study the impact of long lived strongly interacting particles on primordial nuclear abundances. Particularly we look at the case of anti-squark quark bound states called mesinos. These mesinos are similar to massive nucleons in that they have the same spin and isospin. Like nucleons, the mesinos take part in nucleosynthesis and are bound into nuclei. We incorporate the mesinos into the various stages of BBN, from the QCD phase transition, to their capture of nucleons, to their eventual decay. We identify the mechanisms by which the mesinos could impact primordial abundances and show which actually do so. We nd that for the predicted mesino abundance, only one mechanism exists that has the potential of generating an observable signature.