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• terza generazione di quark

Il Modello Standard delle interazioni fondamentali è la teoria di gauge rinormalizzabile con gruppo di gauge ${\rm SU}(3)_c \times {\rm SU}(2)_L \times {\rm U}(1)_Y$ che descrive tre delle quattro interazioni fondamentali attualmente note. Il Modello Standard può essere considerato come una teoria efficace, in cui gli effetti della fisica a energie più alte sono incorporati nei coefficienti di operatori effettivi.

In questo lavoro sono state studiate nel dettaglio interazioni a quatto fermioni per la terza generazione di quark. Vari motivi inducono a pensare che i contributi di nuova fisica possano essere più importanti per la terza generazione: in particolare, i loro grandi accoppiamenti di Yukawa suggeriscono che la loro interazione con la fisica responsabile per la rottura di simmetria elettrodebole sia anch’essa considerevole. Inoltre, i vari limiti sperimentali sulle proprietà dei quark sono meno forti per la terza generazione, lasciando aperta la possibilità di deviazioni considerevoli dalle predizioni del Modello Standard.

La prima parte di questo lavoro introduce brevemente le proprietà fondamentali di una teoria effettiva, incluse le nozioni di power-counting, rinormalizzazione, e matching. Il Modello Standard viene poi collocato in questo contesto, e viene mostrata la costruzione della Lagrangiana effettiva in un’espansione nella dimensione degli operatori. Si mostra come le simmetrie locali e globali identifichino l’insieme degli operatori indipendenti di dimensione 5 e 6.

Successivamente, si studia l'impatto degli operatori effettivi sulle sezioni d'urto di produzione dei quark pesanti top e bottom. Viene effettuata un’analisi dei processi $pp\to tt\bar{t}\bar{t}$, $pp\to bb\bar{b}\bar{b}$ e $pp\to t\bar{t} b\bar{b}$ a LHC, calcolando le loro sezioni d’urto differenziali nel Modello Standard e nella teoria effettiva tramite simulazioni Monte Carlo. In particolare, si determina la precisione con cui questi processi possono contribuire a determinare i coefficienti degli operatori effettivi durante la futura fase di alta luminosità di LHC, portando avanti un’analisi completa di tutti gli operatori ammessi dalle simmetrie.

Nell’ultima parte del lavoro, i risultati precedenti vengono interpretati in alcuni modelli teorici specifici. Il primo scenario considerato è un modello di Higgs composto minimale, in cui il bosone di Higgs è identificato con un bosone di Goldstone di una simmetria globale spontaneamente rotta. In questo contesto, i fermioni del Modello Standard interagiscono con il bosone di Higgs in seguito al mescolamento con nuovi fermioni composti tramite il meccanismo della compositezza parziale. Sia gli accoppiamenti di Yukawa che le interazioni di nuova fisica risultano proporzionali all’angolo di mescolamento, e sono più grandi per la terza generazione, motivando l'applicazione della ricerca della prima parte del lavoro a questo modello.

Il secondo modello considerato è il caso di un bosone vettoriale massivo che trasforma come un ottetto di colore, accoppiato ai quark della terza generazione. Una particella di questo tipo compare in vari modelli che cercano di spiegare le deviazioni dall’universalità di sapore leptonico recentemente osservate nei decadimenti dei mesoni $B$. Il risultato, in entrambi i casi considerati, consiste in una regione potenzialmente escludibile a $2\sigma$ nello spazio dei parametri del modello.