Scalar Mediated Fermion Masses for Technicolor

This thesis begins by presenting the general features of technicolor models from a model building perspective. Next, a bosonic technicolor model, based on the Next-to-Minimal Walking Technicolor theory, is reviewed. In this type of model, fermion masses arise from scalar exchange with the techniquark condensate. The model passes flavor changing neutral current limits, direct search limits, and oblique constraints, in the parameter region where the fundamental scalar is heavy compared to the composite one. However, its mass is unnaturally small compared to the Planck scale. Supersymmetry can be used to naturalize fundamental scalars. After discussing general features of supersymmetric models, a supersymmetric bosonic technicolor model, based on the Minimal Walking Technicolor model, is introduced. This model has a special property: in the absence of coupling with the MSSM, the supersymmetric technicolor sector has an approximate N=4 supersymmetry. We find that this flavor extension drastically changes the condensate and low-energy spectrum compared to the naive Minimal Walking Technicolor effective theory. The model passes flavor changing neutral current limits, and oblique constraints, but in most of the otherwise viable parameter points, the Higgs particle is heavy. Finally, the N=4 extended MSSM model is presented.Hiukkasfysiikan standardimalliin kuuluu skalaarihiukkanen, nk. Higgsin bosoni. Tämä hiukkanen mahdollistaa sähköheikon symmetriarikon ja koko hiukkasspektrin massiivisuuden. Silti, moni asiantuntija uskoo että Higgsin luonne on monimutkaisempi kuin standardimallissa oletetaan. Esimerkiksi teknivärissä Higgsin bosoni on uuden vahvan vuorovaikutuksen sidottu tila, eli sen sisältä löytyy pienempiä osia. Vaihtoehtoisesti Higgsin bosoni voisi olla supersymmetrisen teorian kevyt skalaarihiukkanen. Supersymmetrisissä malleissa oletetaan uusi symmetria, jonka seurauksena hiukkaslajit esiintyvät maailmassa pareittain. Tekniväriä ja supersymmetriaa ajatellaan usein vaihtoehtoisina malleina. Ne eivät kuitenkaan ole toisiaan poissulkevia, ja tässä väitöskirjassa tutkitaan malleja, joissa nuo paradigmat yhdistyvät. Ensimmäisessä artikkelissani analysoimme teknivärimallia, johon lisättiin fundamentaali skalaarihiukkanen. Malli läpäisi yksinkertaisimmat fenomenologiset testit: tietyissä osissa parametriavaruutta uusia hiukkasia ei olisi havaittu törmäytinkokeissa, ja tarkkuusmittaukset sekä makua vaihtavat neutraalivirrat näyttävät virherajojen puitteissa standardimallilta. Seuraavaksi rakensimme minimaalisen kävelevän teknivärin supersymmetrisen version, ehdolla että lisäisimme pienimmän mahdollisen määrän uusia hiukkasia. Yllätykseksemme teknivärisektorista tuli N=4 supersymmetrinen Yang-Mills teoria. Tässä N on supersymmetria-algebran generaattoreiden lukumäärä. Yksinään N=4 Yang-Mills on tunnettu hyvistä ominaisuuksistaan. Silti, tutkimalla tämän supersymmetrisen teknivärimallin fenomenologiaa, pystyimme rajoittamaan vapaata parametriavaruutta pieneen osaan alkuperäisestä alueesta

Tekniväri

In technicolor theories the scalar sector of the Standard Model is replaced by a strongly interacting sector. Although the Standard Model has been exceptionally successful, the scalar sector causes theoretical problems that make these theories seem an attractive alternative. I begin my thesis by considering QCD, which is the known example of strong interactions. The theory exhibits two phenomena: confinement and chiral symmetry breaking. I find the low-energy dynamics to be similar to that of the sigma models. Then I analyze the problems of the Standard Model Higgs sector, mainly the unnaturalness and triviality. Motivated by the example of QCD, I introduce the minimal technicolor model to resolve these problems. I demonstrate the minimal model to be free of anomalies and then deduce the main elements of its low-energy particle spectrum. I find the particle spectrum contains massless or very light technipions, and also technibaryons and techni-vector mesons with a high mass of over 1 TeV. Standard Model fermions remain strictly massless at this stage. Thus I introduce the technicolor companion theory of flavor, called extended technicolor. I show that the Standard Model fermions and technihadrons receive masses, but that they remain too light. I also discuss flavor-changing neutral currents and precision electroweak measurements. I then show that walking technicolor models partly solve these problems. In these models, contrary to QCD, the coupling evolves slowly over a large energy scale. This behavior adds to the masses so that even the light technihadrons are too heavy to be detected at current particle accelerators. Also all observed masses of the Standard Model particles can be generated, except for the bottom and top quarks. Thus it is shown in this thesis that, excluding the masses of third generation quarks, theories based on walking technicolor can in principle produce the observed particle spectrum.Teknivärillä viitataan kategoriaan malleja, joissa standardimallin Higgsin sektori korvataan vahvasti vuorovaikuttavalla, QCD:n kaltaisella sektorilla. Vaikka Standardimallin ennusteet on todettu poikkeuksellisen tarkasti paikkaansapitäviksi, Higgsin sektori aiheuttaa teoreettisia ongelmia jotka tekevät tekniväriin perustuvat mallit houkutteleviksi. Aloitan tutkielman selvittämällä QCD:n matalan energian dynamiikkaa. Siinä näkyy kaksi ilmiötä: kaikki havaitut hiukkaset ovat värineutraaleja, ja QCD:n globaali kiraalisymmetria on spontaanisti rikkoutunut. Osoitan, että QCD:n matalan energian dynamiikka on samankaltaista kuin sigma-malleissa. Seuraavaksi tutkin Standardimallin Higgsin sektorin ongelmia, pääasiassa luonnottomuutta ja triviaalisuutta. Näiden korjaamiseksi esittelen QCD:n esimerkin mukaisen minimaalisen teknivärimallin, ja osoitan että mallissa ei ole mitta-anomalioita. Tarkastelen myös teorian matalan energian hiukkasspektriä. Hiukkasspektrissä on massattomia tai kevyitä teknipioneja, sekä yli TeV:n painavia tekni-vektori mesoneja ja teknibaryoneja. Standardimallin fermionit ovat tässä vaiheessa täysin massattomia. Jotta näille fermioneille voidaan generoida massa, täytyy olettaa laajennettu tekniväri. Hiukkasspektri muuttuu massallisiksi, mutta painavimpien standardimallin hiukkasten massoja ei voida selittää. Teoria tuottaa muitakin fenomenologisia ongelmia, kuten makua vaihtavia virtoja. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi esittelen kävelevän teknivärin, jossa vastoin QCD:n esimerkkiä kytkentävakio kasvaa hitaasti suuren energiaskaalan ylitse. Tämä nostaa massoja niin suuriksi, että teknihadroneita ei ole voitu havaita nykyisillä kiihdyttimillä. Myös kaikkien Standardimallin fermionien paitsi top ja bottom kvarkkien massat ovat selitettävissä. Siten osoitan tutkielmassani, että lukuunottamatta kolmannen sukupolven kvarkkien suuria massoja, kävelevään tekniväriin perustuvat mallit voivat periaatteessa tuottaa havaitun hiukkasspektrin

N=4 Extended MSSM

We investigate a perturbative N=4 sector coupled to the MSSM and show that it allows for a stable vacuum correctly breaking the electroweak symmetry. The particle spectrum of the MSSM is enrichened by several new particles stemming out from the new N=4 sector of the theory, and a new lepton doublet required to cancel global and gauge anomalies of the theory. Even if the conformal invariance of the N=4 sector is explicitly broken, a nontrivial UV behavior of the coupling constants is possible: by studying the renormalization group equations at two loops we find that the Yukawa couplings of the heavy fermionic states flow to a common fixed point at a scale of a few TeVs. The parameter space of the new theory is reduced imposing naturalness of the couplings and soft supersymmetry breaking masses, perturbativity of the model at the EW scale as well as phenomenological constraints. Our preliminary results on the spectrum of the theory suggest that the LHC can rule out a significant portion of the parameter space of this model.Comment: 22 pages, 2 figure

Supersymmetric Extension of Technicolor & Fermion Mass Generation

We provide a complete extension of Minimal Walking Technicolor able to account for the standard model fermion masses. The model is supersymmetric at energies greater or equal to the technicolor compositeness scale. We integrate out, at the supersymmetry breaking scale, the elementary Higgses. We use the resulting four-fermion operators to derive the low energy effective theory. We then determine the associated tree-level vacuum and low energy spectrum properties. Furthermore we investigate the phenomenological viability of the model by comparing its predictions with electroweak precision tests and experimental bounds on the mass spectrum. We then turn to the composite Higgs phenomenology at the LHC and show that current data are already constraining the parameter space of the model.Comment: 43 pages, 13 figures. Version published on NPB. Typos corrected, results unchange

Metsänjalostuksen hyödyt käytäntöön – metsäpuiden siemenviljelysten perustamisohjelma 2060

Metsäpuiden siemenviljelysten perustamisohjelman tavoitteena on turvata lakisääteisen metsänuudistamisen toteuttaminen varmistamalla metsänviljelyaineiston riittävä saatavuus ja geneettinen laatu. Sen kautta viedään käytäntöön metsänjalostuksen hyödyt, kuten kasvun, puuaineksen laadun ja viljelyvarmuuden paraneminen. Ohjelmaa varten Luonnonvarakeskus tuotti tutkimuspohjaista tietoa jalostetun metsänviljelyaineiston tuotantotarpeesta. Siementarvearviolaskennassa huomioitiin metsänuudistamisen muutostrendit, joiden mukaan männyn viljely sekä rauduskoivun istutus lisääntyvät jonkin verran ja kuusen istutus puolestaan vähenee. Ohjelmassa ehdotetaan, että kaikki taimitarhakylvöihin käytettävät pääpuulajien siemenet tuotetaan siemenviljelyksillä lukuun ottamatta aivan pohjoisimpia kuusen taimitarhakylvöjä. Männyn metsäkylvön jalostetun siemenen tavoiteosuutta ehdotetaan nostettavan. Pohjoisimmassa Suomessa tullaan edelleen tarvitsemaan metsikkösiemenen varmuusvarastointia, mutta sen tarve tulee pienenemään. Puulajivalikoiman monipuolistamiseksi ohjelmassa ehdotetaan perustettavan siemenviljelyksiä myös vähemmän käytetyille puulajeille. Siemenviljelysten perustamisohjelman toteuttaminen vie vuosikymmeniä. On tärkeää, että se toteutetaan aikataulussaan, jotta tulevaisuudessa vältytään siemenpulalta. Ohjelma ja sen perusolettamukset on päivitettävä vähintään kymmenen vuoden välein

Unnatural Origin of Fermion Masses for Technicolor

We explore the scenario in which the breaking of the electroweak symmetry is due to the simultaneous presence and interplay of a dynamical sector and an unnatural elementary Higgs. We introduce a low energy effective Lagrangian and constrain the various couplings via direct search limits and electroweak and flavor precision tests. We find that the model we study is a viable model of dynamical breaking of the electroweak symmetry.Comment: 20 pages, 7 eps figure

Ultraviolet complete technicolor and Higgs physics at LHC

We consider a supersymmetric model with a new strong interacting sector. The model is built on a strongly interacting N = 4 Super Yang Mills sector, broken explicitly to N = 1 supersymmetry by embedding within the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). Due to cancellation of global and gauge anomalies, the model additionally features a fourth lepton superfamily. We propose a scenario where all elementary scalars, gauging and higgsinos are decoupled at an energy scale substantially higher than the electroweak (EW) scale, thereby avoiding the little hierarchy problem of MSSM. We construct a low energy effective model, where EW symmetry breaking and viable mass spectrum are produced dynamically. To test further the viability of the model, we work out the Higgs couplings as well as the EW precision parameters and then perform a goodness of fit analysis using LHC and EW precision data. The model fits the given experimental data at a level comparable to that of the Standard Model.peerReviewe