Titolo della tesi: Aspects of BSM physics: Quality problem, axion detection and Naturalness
Il Modello Standard (SM) descrive con grande successo la maggior parte delle interazioni note tra particelle, ma lascia irrisolte diverse questioni fondamentali. Questa tesi di dottorato affronta aspetti teorici e fenomenologici della fisica oltre il Modello Standard (BSM), concentrandosi su due temi centrali della fisica delle alte energie: il problema della CP forte e la naturalezza della massa del bosone di Higgs.
Il lavoro affronta queste problematiche combinando metodi non perturbativi della teoria quantistica dei campi, tecniche di teoria dei campi efficaci e applicazioni di natura fenomenologica, con l’obiettivo di approfondire la comprensione dei meccanismi alla base della fisica BSM.
Un filo conduttore della tesi è lo studio dell’assione QCD, un candidato teoricamente solido per la risoluzione del problema della CP forte e un possibile componente della materia oscura. Attraverso il formalismo degli istantoni e dei corrispondenti operatori di ’t Hooft, vengono analizzati i contributi non perturbativi al potenziale dell’assione, con particolare attenzione agli effetti dovuti agli istantoni gravitazionali.
La tesi esplora inoltre connessioni con la fisica della materia condensata. Mediante l’utilizzo di teorie dei campi efficaci per antiferromagneti anisotropi, vengono descritti l’emergere di modi di Goldstone con gap e di pseudo-Goldstone. Sulla base di questi risultati, si indaga il potenziale dei materiali antiferromagnetici, come l’ossido di nichel (NiO), come possibili target sperimentali per la ricerca della materia oscura di tipo assione, creando così un ponte tra le previsioni teoriche dell’alta energia e le strategie sperimentali della fisica dello stato solido.
Infine, il lavoro analizza le implicazioni del principio di naturalezza in un contesto cosmologico, esaminando come tali considerazioni impongano vincoli sulla dinamica inflazionaria e sull’evoluzione dell’universo primordiale, in particolare nei modelli che prevedono escursioni di campo super-planckiane.
Nel complesso, i risultati presentati in questa tesi contribuiscono a delineare una prospettiva ampia e integrata sulla ricerca BSM. Unendo analisi teoriche rigorose, rilevanza fenomenologica e considerazioni sperimentali, questo lavoro avanza la comprensione degli effetti non perturbativi, della fisica degli assioni e dell’interazione tra sistemi di alta energia e di materia condensata, offrendo nuove prospettive su alcune delle questioni più profonde e attuali della fisica delle particelle contemporanea.