Renormalization in Effective Field Theory and Hidden Radiation

Abstract: Popular Abstract in Swedish Denna avhandling handlar om modeller inom partikelfysik, vilka beskriver naturens minsta beståndsdelar. För att studera dessa små grundläggande byggstenar behöver man hög energi. Desto st ¨orre energi ju mindre avstånd kan man studera. Med höga energier kan man se atomerna, och med ännu högre energier kan man se kärnan och elektronerna, som atomerna består av. Sedan 60-talet har vi sett att även protonerna och neutronerna som kärnan består av, består av ännu mindre partiklar som kallas kvarkar. Partikelacceleratorexperiment, som LEP (Large Electron Proton collider), där subatom ära partiklar kolliderarmedmycket hög energi, avslöjar detaljer om dessa små partiklar. De partiklar som produceras vid kollisionen studeras och kan användas för att dra slutsatser omstrukturen hos de partiklar somskapats vid kollisionen. Experimenten inompartikelfysik är mycket dyra att bygga och därför finns det endast ett fåtal i världen. LHC vid CERN, som är det största experimentet hittills, startade 2009. Snart kommer vi att få se nya resultat och testa våra teorier om vad som f ¨orenar de olika partiklar vi observerar. N¨ar fysiker upptäcker nya partiklar, kategoriserar de dem och försöker hitta mönster som avslöjar hur de grundläggande byggstenarna i universum växelverkar. Fysiker har utvecklat en teori som kallas Standardmodellen som förklarar hur de här partiklarna v¨axelverkar genom den starka kraften (som håller ihop atomkärnor), den svaga kraften (som ger energi till stjärnorna) och elektromagnetism. Det är en omfattande teori somförklarar alla de hundratals partiklar som observerats och hur de växelverkarmed endast 6 kvarkar, 6 leptoner (som elektronen) och kraftb¨arande partiklar, som fotonen och gluonen. Standardmodellen formulerades på 1970-talet och har sedan dess utsatts för många tester. De allra flesta delarna av teorin är bekräftade och teorin beskriver nästan allmätningar somgjorts på ett tillfredsställande sätt. Den enda partikeln somfinns i standardmodellen sominte uppt¨ackts ¨an ¨arHiggs-partikeln, vilken ger de andra partiklarna deras massa. Men Standardmodellen har brister, både teoretiskt och experimentellt. Det finns ingen f ¨orklaring till att det inte finns lika många partiklar som anti-partiklar. Neutrinomassan inkluderas inte. Det finns ingen förklaring till varf ¨or partikelmassor bör vara vad de är. I själva verket beskriver Standardmodellen bara 4% av materien i universum. Den har ingen förklaring till all mörk materia och mörk energi som står för de resterande 96% av energin i universum. En annan viktig fråga är att standardmodellen inte inkluderar gravitation. Vid de små avstånd vi observerar i partikelacceleratorer, är gravitationen försumbar, men det betyder fortfarande att teorin är ofullständig. Det finns också ett annat problem med Standardmodellen, som är ett beräkningsproblem snarare än att teoretisk problem. Även om vi vet att det ar den korrekta beskrivningen av alla partiklarna som hittills undersökts och deras växelverkan, kan den inte alltid användas för att göra förutsägelser vid låga energier, där den starka kraften blir starkare. Växelverkan mellan partiklar med låg massa, som η-mesoner, pioner och kaoner till exempel, kan inte beskrivas i termer av kvarkar och gluoner. Ist¨allet måste man använda effektiva teorier i detta fall, som till exempel Kiral Störningsteori. Den första delen av denna avhandling handlar om effektiva teorier. Frågan vi tar itu med är hur man kan göra mer exakta förutsägelser baserade på dessa effektiva teorier och hur viktigt det är att införa förbättringar i beräkningarna. Den andra delen handlar om utökningar av Standardmodellen. Det finns m°anga teorier för detta, beroende p°a vilken av Standardmodellens brister de vill ta itu med. Många modeller innehåller nya partiklar och nya växelverkningar. Vi vill ta itu med frågan “Om det finns en ny växelverkan, och nya partiklar med laddning, som vi inte har observerat tidigare, skulle vi kunna mäta strålningen som kommer från den laddningen i framtida experiment?”. “Och vad kan man säga om denna ny laddning? Vad kan man förstå om den nya växelverkans struktur genom att observera strålningen?”. F¨or att besvara denna fråga simulerar vi effekterna av den nya strålningen på de standardmodell partiklar som kan detectereras vid LHC. Just nu producerar LHC f ¨orsta data, så vi kommer snart att kunna jämföra våra simuleringar med data och att testa de nya teorierna.