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Higgs Boson Phenomenology at current and future colliders

English title Higgs Boson Phenomenology at current and future colliders
Applicant Contino Roberto
Number 160190
Funding scheme Project funding
Research institution Laboratoire de physique théorique des particules EPFL - SB - ITP - LPTP
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Theoretical Physics
Start/End 01.10.2015 - 30.09.2017
Approved amount 118'873.00
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Keywords (7)

Electroweak Symmetry Breaking ; Collider Physics; Higgs boson phenomenology; Theories Beyond the Standard Model; Composite Higgs Theories; Vector Boson Fusion Scattering; Top quark compositeness

Lay Summary (Italian)

Lead
Nel luglio 2012 gli esperimenti ATLAS e CMS del Large Hadron Collider (LHC) presso il CERN di Ginevra hanno annunciato la scoperta di una nuova particella con massa 125 GeV e caratteristiche simili a quelle predette nel Modello Standard per il bosone di Higgs. Le domande più pressanti attualmente riguardano la natura della nuova particella e il suo ruolo nel meccanismo di rottura della simmetria elettrodebole: si tratta di una nuova particella elementare, senza struttura intrinseca, o di uno stato composto da altri costituenti fondamentali soggetti ad una nuova forza ?
Lay summary

Soggetto ed obiettivo

Scopo principale del seguente progetto è quello di studiare la fenomenologia del nuovo bosone ad LHC e a possibili collisori futuri. In particolare, ci si prefigge di i) determinarne  gli accoppiamenti a partire dai dati sperimentali che verranno raccolti nel Run2 di LHC  utilizzando l'approccio della teoria di campo effettiva. Verrà effettuata un'analisi dettagliata dei processi rilevanti ad LHC, individuando in ciascun caso il limite di validità della teoria effettiva. Ci prefiggiamo inoltre di  analizzare il potenziale di un futuro collisore protone-protone con 100 TeV di energia nel centro di massa  per lo studio del bosone di Higgs e la produzione di nuovi stati ad esso collegati. Obiettivi specifici in questo senso sono: ii) l'analisi del processo tt -> tt nel limite di top quark molto energetici; iii) l'analisi dei processi VV -> VV, Vh, hh, dove V e h indicano rispettivamente un vettore bosone e
un bosone di Higgs.

Contesto socio-scientifico

Le analisi svolte permetteranno di estrarre informazioni utili ad identificare la natura del bosone recentemente scoperto  ed il suo ruolo nel meccanismo di rottura della simmetria elettrodebole. In ultima analisi questo porterà ad una più profonda comprensione delle interazioni fondamentali tra particelle subatomiche, chiarendo se l'attuale formulazione matematica del Modello Standard sia valida ad energie maggiori della scala elettrodebole, esplorate ad LHC, oppure richieda una estensione in termini di nuove particelle e nuove forze.

Direct link to Lay Summary Last update: 21.08.2015

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Publications

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
DESY Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Oxford University Great Britain and Northern Ireland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
CERN Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
160814 Particle Physics with high-quality data from the CERN LHC 01.10.2015 Sinergia

Abstract

The observation of a resonance with a mass around 125 GeV and properties remarkably compatible with those of the Standard Model (SM) Higgs boson makes the questions about the dynamics at the origin of electroweak symmetry breaking (EWSB) more pressing. The most relevant and urgent issue now facing us concerns the nature of the newly discovered Higgs boson. Are there additional states accompanying it? Is it elementary or composite? Could it really be the first elementary scalar observed in Nature, or is it a bound state arising from some novel strong dynamics, like a pi or eta in QCD? The answer to these questions will have profound implications on our picture of fundamental physics. Studying the properties of the Higgs boson and the role it plays in high-energy processes will surely have a central role in our search for New Physics (NP) if this latter is around the TeV scale, and it will be highly complementary to direct discovery of new states. In fact, precise knowledge of the Higgs parameters could well be a unique way to infer information on the UV completion of the SM if this occurs at extremely high scales and is governed by criticality or statistical pressure.With this research proposal, I plan to study the phenomenology of the Higgs boson at current and future colliders and use it to get information on the dynamics beyond the SM.I will reconsider the methodologies proposed for the study of Higgs properties at Run2 of the Large Hadron Collider (LHC) with the purpose of highlighting their limitations and clarifying their validity. In particular, the use of Effective Field Theory (EFT) techniques will be analyzed in the context of a few of the most important Higgs processes, showing when and how information can be extracted on the UV dynamics compatibly with the underlying assumptions. I will also study the potentialities of future colliders, like the recently proposed 100TeV proton-proton collider, in pushing forward the investigation of fundamental physics. Special attentions will be given to the reach on new states and to the sensitivity on theories of electroweak baryogenesis (EWBG). Finally, I plan to study the idea of EWBG in the context of composite Higgs theories.
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