ندرس آثار إدخال مزدوجتين سكالاريتين ضعيفتين جديدتين خارج النموذج القياسي، لكلٍّ منهما قيمة توقُّع فراغيّة منعدمة، ومشحونتين تحت تناظر غاوجي أبيلي إضافي. لا يتفاعل القطاع الغاوجي الإضافي مباشرةً مع جسيمات النموذج القياسي. نبحث خصوصًا تأثير هذه السكالارات في المعاملات الكهرضعيفة المائلة، وفي تفاعلات بوزون هيغز ذي الكتلة 125 غيغا إلكترون فولت، ولا سيّما أنماط اضمحلاله \(h\rightarrow\gamma\gamma,\gamma Z\) والاقتران الذاتي الثلاثي له، وهي كلّها ستخضع لفحوصات دقيقة في قياسات هيغز المستقبلية. علاوةً على ذلك، نستكشف كيف يمكن للسكالارات الجديدة أن تؤدّي إلى انتقال طور كهرضعيف من الدرجة الأولى قويّ، ونُبيّن أيضًا ارتباط ذلك بإمكان حدوث تعديلات كبيرة في الاقتران الذاتي الثلاثي لهيغز.
إنّ الاكتشاف الحديث في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) لبوزون هيغز بكتلة تقارب 125 غيغا إلكترون فولت وخصائص أخرى متوافقة مع توقّعات النموذج القياسي (SM) يمثّل تأكيدًا إضافيًا على نجاح هذا النموذج. ومع ذلك، يُعتقَد على نطاق واسع أنّ ثَمّة حاجة إلى فيزياء جديدة تتجاوز النموذج القياسي، على الأقل لتفسير الأدلة التجريبية القوية على كتلة النيوترينو والمؤشّرات الفلكية على وجود المادة المظلمة .
من بين العديد من الاحتمالات خارج النموذج القياسي، تبرز تلك التي تُوسّع القطاع السكالاري. وتُعدّ السيناريوهات التي تُدخِل مزدوجة هيغز ثانية شائعةً جدًّا في الأدبيات . ومؤخرًا، بدأت النماذج التي تحتوي على ثلاث مزدوجات سكالارية ضعيفة تكتسب اهتمامًا متزايدًا ، إذ يمكنها أن توفّر مرشّحين للمادة المظلمة و/أو مكوّنًا مهمًّا في آلية توليد كتلة النيوترينو .
هنا ندرس احتمال وجود ثلاث مزدوجات سكالارية ضعيفة، مع التركيز على الحالة التي تمتلك فيها مزدوجتان منهما قيم توقُّع فراغيّة منعدمة (VEVs). كما يتضمّن النموذج تناظرًا غاوجيًّا أبيليًّا إضافيًّا تكون فيه هاتان المزدوجتان مشحونتين، فيما جسيمات النموذج القياسي غير مشحونة. ونتيجةً لذلك، لا تقترن السكالارات الإضافية مباشرةً بأزواج فرميونات النموذج القياسي. وبسبب انعدام قيم التوقُّع الفراغي لها وعدم اقترانها بفرميونات النموذج القياسي، يُشار إلى هذه السكالارات في الأدبيات باسم «خامدة» . ومع ذلك، وبوصفها عناصر في مزدوجات ضعيفة، فإنّ لهذه السكالارات تفاعلاتٍ على مستوى الشجرة مع بوزونات الغاوجي للنموذج القياسي. بالإضافة إلى ذلك، نَفترض أن يكون البوزون الغاوجي المرتبط بالمجموعة الجديدة من دون مزجٍ حركي مع بوزون غاوجي فَرْط الشحنة. وبناءً عليه، يمكن اعتبار القطاع الغاوجي الإضافي «مظلمًا».
مع هذه الاختيارات، يتوافق القطاع السكالاري للنظرية مع أحد نماذج الثلاثي من المزدوجات السكالارية التي صُنِّفت ودُرست في المرجع من حيث جميع التناظرات المسموح بها. في هذا العمل، ندرس السيناريو الموصوف أعلاه ونستكشف بعض الآثار المترتّبة على وجود السكالارات الخامدة. على وجه التحديد، نُحلّل القيود المفروضة عليها من قياسات المصادمات لبوزون هيغز ومن بيانات الدقّة الكهرضعيفة. بالإضافة إلى ذلك، نبحث في التأثير المحتمل لهذه السكالارات على الاقتران الذاتي الثلاثي لهيغز، مع توقُّع تجارب مستقبلية ستقيسه بدقّة كافية. ولتقييم هذا الاقتران، سنستخدم الجهد الفعّال لهيغز المحسوب عند مستوى الحلقة الواحدة. علاوةً على ذلك، ندرس كيف يمكن للجسيمات الجديدة، التي نختار أن تكون كتلها دون التيرا إلكترون فولت، أن تؤدّي إلى انتقالِ طورٍ كهرضعيف من الدرجة الأولى قويّ (EWPT)، وهو عنصر أساسي في باريُوجينيسيس كهرضعيف يُفسِّر عدم تناظر الباريونات في الكون. وقد أُشير في سياق نماذج أخرى إلى أنّ قوّة انتقال الطور الكهرضعيف يمكن أن ترتبط بتعديلات كبيرة في الاقتران الذاتي الثلاثي لهيغز ؛ وستوضّح نتائجنا كيف يمكن تحقيق ذلك في وجود المزدوجات الجديدة.
وبسبب تفاعلاتها على مستوى الشجرة مع بوزونات الغاوجي وهيغز في النموذج القياسي، لا يمكن أن تكون أخفّ السكالارات الخامدة مرشَّحةً جيّدة للمادة المظلمة، إذ تفنى بسرعة إلى جسيمات النموذج القياسي، وبالتالي لا تنتج وفرةً حراريّةً باقيةً كافية. ولتفسير المادة المظلمة، لا بُدّ من نظريةٍ أكمل؛ لكننا نفترض أن المكوّنات الإضافية المسؤولة عن تفسير المادة المظلمة ذاتُ تأثيرٍ مُهمَل أو معدوم على القطاع السكالاري الذي نهتم به، بحيث لا تؤثّر في نتائج هذا العمل.1
خطة البحث كما يلي: في القسم التالي، نصف لاغرانجيان القطاع السكالاري ونتناول بعض القيود النظرية على معلماته، لا سيّما ما يتعلّق باستقرار الفراغ. وبما أنّ المزدوجات السكالارية الإضافية تقترن بهيغز وببوزونات الغاوجي القياسية وتحتوي على مُركّباتٍ مشحونة كهربائيًّا، فإنها تُساهِم عند مستوى الحلقة الواحدة في اضمحلالات هيغز \(h\rightarrow\gamma\gamma\) و\(h\rightarrow\gamma Z\) التي تخضع لدراسةٍ مكثّفة في LHC، وقد رُصِدت القناة الأولى. نحدِّد معدّلاتهما في القسم [hcons]، حيث نبدأ أيضًا تحليلنا العددي باستكشاف أثر السكالارات المشحونة على هذه العمليات. في القسم [ewpconstraints]، نحسب مساهمات المزدوجات الجديدة في المعاملات الكهرضعيفة المائلة \(S\) و\(T\)، والتي تتوفّر عنها معلوماتٌ تجريبية. يحتوي القسمان [thc] و[ewpt] على معالجتنا لتأثير السكالارات الجديدة في الاقتران الذاتي الثلاثي لهيغز وعلى انتقال الطور الكهرضعيف، على التوالي. بعد اشتقاق الصيغ ذات الصلة، نُجري تحليلًا عدديًّا إضافيًّا في هذين القسمين. في القسم [concl]، نناقش نتائج إضافية ونستخلص الاستنتاجات بعد دمج القيود المختلفة ذات الصلة. وتحتوي بعض الملاحق على مناقشاتٍ وصيغٍ إضافية.