Couplages du boson de Higgs au secteur des quarks lourds et QCD sur réseau – LatHiggs

Le démarrage du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) en 2008 a marqué un tournant décisif en physique des hautes énergies. Même si le Modèle Standard de la physique des particules (SM) s'est révélé très robuste devant les nombreux tests expérimentaux réalisés depuis 40 ans, des questions demeurent ouvertes et le SM est considéré comme une théorie effective de basse énergie. C'est particulièrement vrai en physique des saveurs: origine de la forte hiérarchie entre les masses des différents quarks, dynamique à l'œuvre dans le mélange entre saveurs de quark, excès de l'asymétrie baryons/anti-baryons observée dans l'Univers comparé aux sources de violation de CP du SM. On souhaite donc tester minutieusement les modèles de Nouvelle Physique (NP), décrivant les interactions fondamentales à des échelles d'énergie supérieures à l'échelle électrofaible, par une batterie de mesures expérimentales en cours ou prochaines. Mais pour exploiter les données expérimentales en physique des saveurs, y déceler des écarts avec les prédictions du SM et ainsi contraindre utilement les scénarios de NP, les théoriciens doivent réduire autant que possible les incertitudes issues du confinement des quarks dans les hadrons, en particulier par des simulations de QCD sur réseau. Dans ce cadre général le projet «LatHiggs» ambitionne d'estimer les quantités hadroniques pertinentes pour étudier le couplage du secteur de Higgs au secteur des quarks lourds et de mettre en lumière d'où vient la brisure de la corde dans les hadrons lourds.
Le champ de Higgs interagit avec les leptons chargés et les quarks par des couplages de Yukawa. Une valeur moyenne non nulle dans le vide du champ de Higgs induit une masse de Dirac à ces fermions. Les scénarios de NP sont proposés avec diverses extensions du secteur de Higgs, chacune pouvant être discriminée par l'expérience, mais seulement s'il y a un contrôle suffisamment bon de la partie hadronique des processus mis en jeu. Tester l'existence d'un boson de Higgs CP-odd, prouvée par le mélange de celui-ci avec des quarkonia, apporte une information précieuse si on connaît les paramètres hadroniques associés aux largeurs de désintégration leptonique des quarkonia. Notre projet entend bien améliorer l'erreur systématique sur ces paramètres. Les scénarios de NP autorisant des désintégrations faibles véhiculées par un boson de Higgs chargé, à travers un courant droit, reçoivent beaucoup d'attention dans le cadre des modèles avec 2 doublets de Higgs: les désintégrations semileptoniques du méson Bc en charmonia, étudiées à LHCb, nécessitent un effort théorique afin de déterminer les facteurs de forme incorporant les effets longue-distance de la QCD; c'est également une motivation de notre projet. Une fois éliminée l'erreur systématique sur l'extraction des informations physiques des fonctions de corrélations obtenues des simulations, et supprimés les effets de discrétisation importants venant de la simulation de quarks lourds, notre programme de recherche examinera l'impact de nos résultats quant aux bornes sur le couplage des extensions du secteur de Higgs au secteur des quarks lourds.
Les propriétés principales de l'interaction forte, confinement et brisure spontanée de la symétrie chirale, engendrent une dynamique riche: ainsi, la compréhension des états multihadroniques est un défi théorique et expérimental. Les modèles phénoménologiques, auxquels on a recours pour le surmonter, doivent être validés par la QCD sur réseau dans des régions de l'espace des phases où cette approche peut être employée avec succès: notre projet considérera l'exemple, très instructif, de la désintégration forte des états excités de charmonia. Le modèle de quark «de création de paire 3P0» décrit qualitativement très bien une grande gamme de désintégrations de mésons vecteurs en paires de mésons pseudoscalaires, une fois fixé un couplage universel: la QCD sur réseau peut aider à dévoiler le mécanisme responsable de cette observation phénoménologique.