Effective field theory from hadrons to Higgs III

The project studies the strong interaction at low energies on the interface between particle and nuclear physics and alternative realizations of the Higgs sector. Common between all the areas is that there is an underlying strong interaction like Quantum Chromodynamics (QCD) or variations on it. These we study with general methods like effective field theory. The applicant is a well known expert in this and its applications.

The proposed work falls in several parts:

The first part involves the use of the symmetries of QCD and the methods of effective field theory as used in Chiral Perturbation Theory. We will proceed with higher order calculations and their use in comparing with experiment as well as a tool in applying lattice gauge theory results to the real world. This helps to improve the experimental determinations of several fundamental standard model parameters and help understanding the low-energy structure of QCD.

A second part is to develop further the methods to study some parts of the expansions to very high orders. We will use computer algebra to tackle the problem of leading logarithms in effective field theories in the nucleon sector. This might lead to some conjectures to all orders.

The third part is to use precision calculations, the part included in this application, and precision experiments at low energy to test the standard model to high precision. A prominent example is studies related to the muon anomalous magnetic moment.
The fourth part is studies relevant for a nonperturbative Higgs sector where we will work on effective field theories relevant for models of dynamical symmetry breaking. The analytical work done here is an important link in the study of these theories using numerical methods like lattice gauge theory.

The last part, studying effective theories at high energies, requires additional competence and is more speculative.

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 till stor del 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 och för studier av effekter som behövs inkluderar när man löser kvantkromodynamik numerisk (sk gitterkvantkromodynamik).

Vi har utvecklat metoder som tillåter att med hjälp av analytiska datorberäkningar beräkna delar av den sk störningsteoriserien till en betydligt högre grad än var möjligt förut i effektiva fältteorier. Projektet avser att använda den metoden för en del mer fysikaliska processer. Up till nu har vi bara användt den metod i den enklasta teorien.

Higgsmekanismen är en viktig del av sk Standardmodellen av partikelfysik. I Standardmodellen är det den enklaste variant
som är med. Experiment vid LHC har nu upptäckt en partikel som har egenskaper som är kompatibel med den enklaste
variant av Higgsmekanismen. I projektet planerar vi studera modeller av stark växelverkande Higgssektorer bortom
Standardmodellen med samma typ av metoder som använts för hadroner men som har också en Higgsliknande partikel. För
detta behövs utveckla nya effektiva fältteorier.