Insights in New Physics through Di-Higgs Production and Precision Phenomenology

In dieser Dissertation führen wir präzise Berechnungen und phänomenologische Studien in verschiedenen Szenarien neuer Physik durch. Als Erstes untersuchen wir die komplexe Singulett-Erweiterung des Standardmodells (CxSM), in der wir elektroschwache Korrekturen höherer Ordnung für Higgs-Zerfälle berechnen. Wir erarbeiten verschiedene Renormierungsschemata und führen einen umfangreichen Parameterscan durch, in dem theoretische und experimentelle Einschränkungen berücksichtigt werden. Wir verwenden die erhaltenen Parameterpunkte, um die typischen Grö{\ss}en der Korrekturen nächstführender Ordnung (NLO) und deren Einfluss auf den erlaubten Parameterbereich zu untersuchen. ... mehrIn dem zweiten Projekt betrachten wir ein composite 2-Higgs-Dublett-Modell (2HDM), in welchem wir die Produktion von Higgs-Paaren untersuchen. Wir geben eine kurze Einführung in composite Higgs-Modelle, in welchen das Higgs-Teilchen nicht elementar, sondern ein zusammengesetztes Teilchen ist, und in das betrachtete composite 2HDM. Weiterhin beschreiben wir die Berechnung des Wirkungsquerschnitts für die Higgs-Paar-Produktion in führender Ordnung (LO) sowie die NLO-Korrekturen der Quantenchromodynamik (QCD) im schweren Quark-Limes. Wir beschreiben die Einrichtung des Parameterscans, um erlaubte Parameterpunkte zu erhalten, welche die relevanten theoretischen und experimentellen Einschränkungen erfüllen, insbesondere von \textit{resonanten} und \textit{nicht-resonanten} Untersuchungen von Higgs-Paar-Produktion. Anschlie{\ss}end untersuchen wir den Einfluss des composite 2HDM auf Higgs-Paar-Produktion im Vergleich zum Standardmodell (SM) und anderen 2HDM-Modellen, sowohl auf den inklusiven Wirkungsquerschnitt als auch auf invariante Massen- und $p_T$-Verteilungen. Hierbei treten interessante Interferenzeffekte im composite 2HDM auf, welche verwendet werden können, um zwischen dem composite 2HDM und anderen 2HDM-Realisierungen zu unterscheiden. Schlie{\ss}lich betrachten wir im dritten Projekt die nächstminimale supersymmetrische Erweiterung des SM (NMSSM), berechnen die Zerfälle der supersymmetrischen Teilchen und implementieren die Resultate in einen neuen Code, welcher für phänomenologische Studien verwendet werden kann. Wir geben eine kurze Einführung in das Konzept der Supersymmetrie und in das NMSSM. Dann beschreiben wir die Berechnung der 2-Körper-, der 3-Körper- und der schleifeninduzierten Zerfälle, sowie die NLO QCD Korrekturen zu den 2-Körperzerfällen der supersymmetrischen Teilchen. Abschlie{\ss}end beschreiben wir den Programmaufbau, den wir verwenden, um gültige Parameterpunkte zu erhalten und disktuieren exemplarische Benchmark-Punkt-Szenarien.

In this thesis, we perform precision calculations and phenomenological studies in various new physics scenarios. First, we investigate the complex singlet extension of the Standard Model (CxSM), where we calculate electroweak higher-order corrections to Higgs decays. We work out several renormalization schemes and perform an extensive parameter scan, including theoretical and experimental constraints. We use the obtained parameter sample to analyze the typical sizes of the next-to-leading-order (NLO) corrections and their impact on the allowed parameter space. In the second project, we consider a composite 2-Higgs doublet model (2HDM), where we investigate di-Higgs production. ... mehrWe give a brief introduction to composite Higgs models as well as the composite 2HDM and describe the calculation of the leading-order (LO) di-Higgs cross section and the quantum chromodynamics (QCD) NLO corrections in the heavy top limit. We introduce the setup we used to obtain a set of viable parameter points, including theoretical and experimental constraints, in particular the constraints from \textit{resonant} and \textit{non-resonant} di-Higgs searches. We then investigate the impact of the composite 2HDM on Higgs pair production compared to the Standard Model (SM) and other 2HDM-like models, both on the inclusive cross section as well as the invariant mass and $p_T$ distributions. Here, interesting interference effects appear in the composite 2HDM that can be used to distinguish the composite 2HDM from other 2HDM realizations. Finally, in the third project we consider the next-to-minimal supersymmetric extension of the SM (NMSSM), where we calculate the decays of supersymmetric particles and implement them into a new code that can be used for phenomenological studies. We give a brief introduction to supersymmetry and the NMSSM. We describe the calculation and implementation of the various two-body, three-body, and radiative loop decays, as well as the NLO QCD corrections to the two-body decays of the supersymmetric particles. Finally, we describe the setup we use to obtain viable parameter points and discuss example benchmark point scenarios.