On the Flavor Problem in Strongly Coupled Theories - THEP Mainz

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ZUSAMMENFASSUNG Gegenstand dieser Arbeit ist das Flavor Problem in Randall Sundrum Modellen und stark gekoppelten Theorien, welche dieselbe Physik beschreiben und mit Hilfe der AdS/CFT Korrespondenz miteinander identifiziert werden können. Diese Theorien sind besonders attraktive Erweiterungen des Standardmodells, weil sie im Stande sind das Hierarchie Problem zu lösen unde gleichzeitig eine Erklärung für die Hierarchien im Flavor Sektor liefern. Beide Seiten der AdS/CFT Korrespondenz werden ausführlich vorgestellt und ein tieferes Verständnis von Flavor ändernden Kopplungen welche von extradimensionalen Eichfeldern im Randall Sundrum Modell induziret werden, anhand der Diagramme der dualen Theorie ermöglicht. Eine Diskussion verschiedener Flavor ändernder Ströme, erzeugt durch den Austausch dieser Felder auf Born niveau wird präsentiert und mit den aktuellsten Werten der Experimente an Tevatron und LHC verglichen. Diskutiert werden flavor diagonale Kopplungen, unter anderem Korrekturen zu elektroschwachen Präzessionsmesungen, den S und T Parametern, und zur Kopplung des Z an bottom quarks, flavor wechselnde Kopplungen an einem Vertex, in Form der Zerfallsbreiten B(Bd → µ + µ − ) und B(Bs → µ + µ − ), sowie flavor ändernde Kopplungen an zwei Vertices, insbesondere die Observablen Sψφ und |ɛK|. Ausserdem wird auf Limits auf den direkten Nachweis solcher neuer Resonanzen eingegangen. Alle diese Messungen stehen im Einklang mit einer Skala für neue Physik von ΛNP = O(TeV), abgesehen von Korrekturen zur CP verletzenden Observable |ɛK|, welche nur mit den Daten in Einklang gebracht werden kann, falls die Skala der neuen Physik um eine Größenordnung angehoben ist. Viele Lösungen für dieses Problem existieren in der Literatur und werden vorgestellt und kategorisiert, um anschließend eine neue Lösung in Form einer Erweiterung der starken Symmetriegruppe zu präsentieren. Diese Lösung ist besonders motiviert durch ihre Implikationen für die duale Theorie und die Konsequenzen die der damit verbundene Mechanismus für Theorien ohne holographische Äquivalenz induziert. Im dementsprechend erweiterten Modell werden daraufhin die oben zusammengefassten Observablen berechnet, und die Verträglichkeit aller Observablen im Flavor Sektor mit einer neuen Physik Skala im TeV-Bereich festgestellt. Abschließend wird auf die Vorhersagen für die Asymmetrie in der top antitop Produktion eingegangen, und die Resultate sowohl für das Randall Sundrum Modell, als auch für das erweiterte Modell gezeigt.
Contents Acknowledgements vii Preface ix 1 Introduction: Problems beyond the Standard Model 1 1.1 Solutions to the Gauge Hierarchy Problem . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Supersymmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Technicolor and Composite Higgs Models . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Technicolor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Partial Compositeness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Composite Higgs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Collective Symmetry Breaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Extra Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Flat Extra Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Warped Extra Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.2 Solutions to the Flavor Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Abelian Flavor Symmetries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Non Abelian Flavor Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2 The Randall Sundrum Model and its Holographic Interpretation 35 2.1 Why this and not that? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.2 AdS/CFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 The Holographic Dual of the Minimal RS Model . . . . . . . . . . . . 49 The Holographic Dual of Higgsless, Custodially Protected, Composite Higgs and Little Higgs Theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.3 Profiles of Gauge Bosons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 The Electroweak Gauge Sector of the SM . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.4 Profiles of Fermions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Bulk Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 2.5 Hierarchies in Quark Masses and Mixings and the RS GIM Mechanism 78 Hierarchic Quark Masses and Mixings from Anarchic Fundamental Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 The RS-GIM Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 2.6 Four Fermion Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3 Solving the Flavor Problem in Strongly Coupled Theories 91 3.1 Electroweak Precision Observables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Oblique Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Corrections to Z → b ¯ b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
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