Effective Field Theories from Hadrons to Higgs

The project studies the strong interaction at low energies on the interface between particle and nuclear physics and alternative realizations of the Higgs sector. The proposed work falls in three parts.

The first part involves the use of the symmetries of Quantum Chromodynamics (QCD) and the methods of effective field theory as used in Chiral Perturbation Theory. We have in the past pushed this method to two-loops for most experimentally interesting
mesonic strong and semileptonic processes. These calculations allow to improve the experimental determinations of several fundamental standard model parameters and help in understanding the low-energy structure of QCD. We intend to use these
calculations for a more systematic study of the observables involved and extend them to unphysical cases useful for lattice QCD approaches.

The second part is the study of nonleptonic decays of kaons and other similar observables. We reached a qualitative understanding of Kaon nonleptonic decays to pions but need to improve these predictions. These studies, involving the development of better intermediate energy models, will allow to better test the standard model w.r.t. the discrete symmetries underlying the strong, electromagnetic and weak interaction and in precision observables as the muon anomalous magnetic moment.

The third part concerns a nonperturbative Higgs sector where we will work on little Higgs theories and how they can be disentangled from other Higgs scenarios.

Hadroner (från grekisk "hadros" för "tjock") är partiklar som påverkas av den starka växelverkan. Vid höga energier kan man beskriva deras växelverkningar med störningsräkning i kvantkromodynamik. Vid låga energier har man behov av icke-perturbative metoder. I detta projekt använder vi chiral symmetri tillsammans med effektiva fältteorier för att beräkna olika processer. Vår kunskap om kvarkars egenskaper, särskilt för de tre lättaste kvarkarna, kommer i stort sett från processer beräknade med denna metod. Det är därför viktigt med så precisa beräkningar som möjligt. I detta projekt försöker vi att genomföra sk next-to-next-to-leading-order-beräkningar för processer med alla de tre lätta kvarkarna inblandade, up, down och strange. Några
exempel på tidigare resultat är mesonmassor, sönderfall av en kaon till två pioner och ett lepton-neutrinopar, de elektromagnetiska kaon- och pion-formfaktorerna och meson-meson spridningsprocesser. Vi avser nu att använda denna metod för en systematiskt
studie av alla observabler.

Ovannämnda studier utgör en viktig del av vår förståelse av den starka växelverkan och är också nödvändiga för att utnyttja hadroner för att studera CP-invarians och andra symmetrier i standardmodellen. I detta sammanhang har vi lyckats att få ett
kvalitativt korrekt värde för det sk direkta CP-brottet i kaon-sönderfall. Vi måste nu förbättra den underliggande modellen i dessa beräkningar för att bättre bestämma det direkta CP-brottet via gluoniska effekter och för att kunna använda metoden också för andra processer med möjlighet att testa Standardmodellens diskreta symmetrier.

Higgsmekanismen är en viktig del av sk Standardmodellen av partikelfysik. I Standardmodellen är det den enklaste variant som är med. Experiment vid LHC kommer att testa Higgsmekanismen. I projektet studerar vi modeller av stark växelverkande Higgssektorer bortom Standardmodellen med samma typ av metoder som använts för hadroner.