ندرس بعض الآثار المترتبة على وجود مزدوجتي سكالار ضعيفتين جديدتين خارج النموذج القياسي، واللتين تملكان قيم توقع فراغي معدومة، وتحملان شحنة تحت تناظر غاوجي أبلي إضافي. لا يتفاعل القطاع الغاوجي الإضافي مباشرة مع جسيمات النموذج القياسي. نبحث بشكل خاص في تأثير السكالارات على معاملات الإلكتروديناميكا الكهروضعيفة المائلة وعلى تفاعلات بوزون هيغز ذو الكتلة 125 جيجا إلكترون فولت، وخاصة أنماط اضمحلاله \(h\rightarrow\gamma\gamma,\gamma Z\) واقترانه الذاتي الثلاثي، وجميعها ستخضع لفحوصات دقيقة في قياسات هيغز المستقبلية. علاوة على ذلك، نستكشف كيف يمكن للسكالارات الجديدة أن تؤدي إلى انتقال طور كهروضعيف من الدرجة الأولى بقوة، ونبين أيضًا ارتباط ذلك بتعديلات كبيرة في اقتران هيغز الذاتي الثلاثي.
إن الاكتشاف الحديث في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) لبوزون هيغز بكتلة تقارب 125 جيجا إلكترون فولت وخصائص أخرى متوافقة مع توقعات النموذج القياسي (SM) يمثل تأكيدًا إضافيًا على نجاح هذا النموذج. ومع ذلك، يُعتقد على نطاق واسع أن هناك حاجة إلى فيزياء جديدة تتجاوز النموذج القياسي، على الأقل لتفسير الأدلة التجريبية القوية على كتلة النيوترينو والمؤشرات الفلكية على وجود المادة المظلمة .
من بين العديد من الاحتمالات خارج النموذج القياسي، هناك تلك التي تتضمن توسيع القطاع السكالاري. وتعد السيناريوهات التي تدمج مزدوجة هيغز ثانية شائعة جدًا في الأدبيات . ومؤخرًا، بدأت النماذج التي تحتوي على ثلاث مزدوجات سكالارية ضعيفة تكتسب اهتمامًا متزايدًا ، حيث يمكنها أن توفر مرشحين للمادة المظلمة و/أو مكونًا مهمًا في آلية توليد كتلة النيوترينو .
هنا ندرس هذا الاحتمال المتمثل في وجود ثلاث مزدوجات سكالارية، وبشكل خاص الحالة التي تمتلك فيها مزدوجتان منهما قيم توقع فراغي معدومة (VEVs). كما يتضمن النموذج تناظر غاوجي أبلي إضافي تكون فيه هاتان المزدوجتان مشحونتين، بينما جسيمات النموذج القياسي غير مشحونة. ونتيجة لذلك، لا تتفاعل الجسيمات السكالارية الإضافية مباشرة مع أزواج من فرميونات النموذج القياسي فقط. وبسبب غياب قيم التوقع الفراغي لها وعدم اقترانها بأزواج فرميونية من النموذج القياسي، يُطلق على هذه السكالارات في الأدبيات اسم "خامدة" . ومع ذلك، وباعتبارها أعضاء في مزدوجات ضعيفة، فإن لهذه السكالارات تفاعلات مع بوزونات الغاوجي للنموذج القياسي على مستوى الشجرة. بالإضافة إلى ذلك، يُفترض أن يكون بوزون الغاوجي المرتبط بالمجموعة الجديدة عديم المزج الحركي مع بوزون الغاوجي للشحنة الفائقة. وبناءً عليه، يمكن اعتبار القطاع الغاوجي الإضافي "مظلمًا".
مع هذه الاختيارات، يتوافق القطاع السكالاري للنظرية مع أحد نماذج المزدوجات السكالارية الثلاثة التي تم تصنيفها ودراستها في المرجع من حيث جميع التناظرات المسموح بها. في هذا العمل، ندرس السيناريو الموصوف أعلاه ونستكشف بعض الآثار المترتبة على وجود السكالارات الخامدة. على وجه التحديد، نحلل القيود المفروضة عليها من قياسات المصادمات لبوزون هيغز ومن بيانات الدقة الكهروضعيفة. بالإضافة إلى ذلك، نبحث في التأثير المحتمل للسكالارات على اقتران هيغز الذاتي الثلاثي، مع توقع تجارب مستقبلية ستقيسه بدقة كافية. لتقييم هذا الاقتران، سنستخدم الجهد الفعال لهيغز المحسوب عند مستوى الحلقة الواحدة. علاوة على ذلك، ندرس كيف يمكن للجسيمات الجديدة، التي نختار أن تكون كتلها دون التيرا إلكترون فولت، أن تؤدي إلى انتقال طور كهروضعيف من الدرجة الأولى بقوة (EWPT)، وهو أمر ضروري لباريوجينيسيس الكهروضعيف لشرح عدم تناظر الباريونات في الكون. وكما أُشير في سياق نماذج أخرى إلى أن قوة انتقال الطور الكهروضعيف يمكن أن ترتبط بتعديلات كبيرة في اقتران هيغز الذاتي الثلاثي ، ستوضح نتائجنا كيف يمكن تحقيق ذلك في وجود المزدوجات الجديدة.
وبسبب تفاعلاتها على مستوى الشجرة مع بوزونات الغاوجي و هيغز في النموذج القياسي، لا يمكن أن تكون أخف السكالارات الخامدة مرشحة جيدة للمادة المظلمة، إذ أنها تفنى بسرعة إلى جسيمات النموذج القياسي وبالتالي لا تنتج وفرة أثرية كافية. ولتفسير المادة المظلمة، يجب أن يكون هناك نظرية أكثر اكتمالًا، لكننا نفترض أن المكونات الإضافية المسؤولة عن تفسير المادة المظلمة لها تأثير مهمل أو معدوم على قطاع السكالار الذي نهتم به، بحيث لا تؤثر على نتائج هذا العمل.1
خطة البحث كما يلي: في القسم التالي، نصف لاغرانجيان السكالار ونتناول بعض القيود النظرية على معلماته، خاصة تلك المتعلقة باستقرار الفراغ. وبما أن المزدوجات السكالارية الإضافية تتقارن مع هيغز وبوزونات الغاوجي القياسية وتحتوي على أعضاء مشحونة كهربائيًا، فإنها تساهم عند مستوى الحلقة الواحدة في اضمحلالات هيغز \(h\rightarrow\gamma\gamma\) و\(h\rightarrow\gamma Z\) التي تخضع لدراسة مكثفة في LHC، حيث تم رصد القناة الأولى. نحدد معدلاتها في القسم [hcons]، حيث نبدأ أيضًا تحليلنا العددي باستكشاف تأثير السكالارات المشحونة على هذه العمليات. في القسم [ewpconstraints]، نحسب مساهمات المزدوجات الجديدة في الملاحظات الكهروضعيفة المائلة \(S\) و\(T\)، والتي تتوفر عنها معلومات تجريبية. يحتوي القسمان [thc] و[ewpt] على معالجتنا لتأثير السكالارات الجديدة على اقترانات هيغز الثلاثية وعلى انتقال الطور الكهروضعيف، على التوالي. بعد اشتقاق الصيغ ذات الصلة، نقوم بعمل عددي إضافي في هذين القسمين. في القسم [concl]، نناقش نتائج إضافية ونستخلص الاستنتاجات بعد دمج القيود المختلفة ذات الصلة. وتحتوي بعض الملاحق على مناقشات وصيغ إضافية.