German Title: Zwei Aspekte der Hochenergiephysik : Methoden für erweiterte Higgs-Modelle und Grenzen des Farbdipolmodells

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Abstract

Theories with extended Higgs sectors such as Two-Higgs-Doublet Models (THDMs) or the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) allow for rich CP phenomena and involved Higgs-potential structures. Employing a gauge invariant formulation for the tree-level Higgs potential of the general THDM, we derive compact criteria for its stability, electroweak symmetry breaking, and generalised CP properties in a clear geometrical language. A new type of CP symmetry is shown to impose strong restrictions on the Lagrangian and to require at least two fermion generations for non-trivial Yukawa terms. Large regions of the NMSSM parameter space are excluded due to an instable vacuum. We present a rigorous determination of the global minimum of the tree-level potential via Gröbner bases. In a second part, we investigate the colour dipole picture. This model of high energy photon-proton scattering permits a very successful description of available HERA data. Nevertheless, its range of applicability is limited. We derive general bounds on ratios of deep-inelastic proton structure functions within the colour dipole picture, following exclusively from its framework and photon wave function properties. Confronting these bounds with HERA data we can further restrict the range of applicability of the colour dipole picture. Finally, we calculate Ioffe times for a specific model and find them to be too small to justify the dipole picture at large photon virtualities.

Translation of abstract (German)

In Theorien mit erweiterten Higgs-Sektoren wie Modellen mit zwei Higgs-Doubletts (THDMs) oder dem Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) können vielfältige CP-Phänomene und nichttriviale Strukturen des Higgs-Potentials auftreten. Für das allgemeine THDM erlauben eichinvariante Freiheitsgrade eine geometrische Beschreibung des Higgs-Potentials auf Bornniveau, in der wir kompakte Kriterien für Stabilität, elektroschwache Symmetriebrechung und CP-Eigenschaften formulieren. Eine neue Art von CP-Symmetrie impliziert starke Einschränkungen an die Lagrangedichte und erfordert insbesondere mindestens zwei Fermion-Familien für nichtverschwindende Yukawa-Wechselwirkungen. Große Parameterbereiche des NMSSM können aufgrund eines instabilen Vakuums ausgeschlossen werden. Wir präsentieren eine Methode zur eindeutigen Bestimmung des globalen Minimums des Potentials auf Bornniveau mittels Gröbnerbasen. In einem zweiten Teil dieser Arbeit untersuchen wir das Farbdipolbild (colour dipole picture). Dieses Modell der hochenergetischen Photon-Proton-Streuung erlaubt eine sehr erfolgreiche Beschreibung verfügbarer HERA-Daten. Allerdings ist sein Anwendungsbereich beschränkt. Wir leiten allgemeine Schranken an Verhältnisse tiefinelastischer Strukturfunktionen her, die sich ausschließlich aus dem konzeptuellen Rahmen und den Photon-Wellenfunktionen ergeben. Durch einen Vergleich mit HERA-Daten finden wir neue Einschränkungen für den Geltungsbereich des Dipolbildes. Schließlich berechnen wir Ioffe-Zeiten innerhalb eines speziellen Modells und zeigen, dass dort eine Standardvoraussetzung des Dipolbildes bei großen Photon-Virtualitäten verletzt ist.