Phenomenological applications in CP-violating systems in the SM and beyond

El coneixement actual sobre l'estructura de la matèria és el resultat d'un enorme esforç experimental i teòric. El nostre Univers es compon de partícules elementals governades per les quatre forces fonamentals: gravitatòries, febles, electromagnètiques i fortes. El model estàndard (SM) de la física de partícules és la descripció teòrica més senzilla de com es relacionen aquestes partícules i forces, excepte la força gravitatòria. Al llarg dels anys, el SM ha estat capaç d'explicar totes les dades experimentals amb gran precisió, culminant en 2012 amb el descobriment del bosó de Higgs amb una massa de 125 GeV. La seua elegància, simplicitat i alta predictibilitat han convertit el SM en el millor marc de referència teòric fins ara. Tot i ser una descripció satisfactòria de la realitat, hi ha alguns fenòmens que el SM no explica, com ara la gran asimetria de matèria-antimatèria. A l'univers prematur, el Big Bang hauria de tenir com a resultat les mateixes proporcions de matèria i antimatèria, però les observacions indiquen que tot el que ens envolta està fet de matèria excepte per una petita quantitat d'antimatèria. Un dels grans reptes de la física és entendre per què observem aquesta asimetria. La violació de CP és un dels ingredients necessaris per a generar aquesta gran asimetria. La quantitat de violació de CP present al SM no és suficient per a obtindre completament l’asimetria observada. Per tant, les extensions del SM amb noves fonts de violació de CP podrien explicar la proporció d’aquesta asimetria. L’objectiu principal d’aquest treball és precisament l’estudi dels sistemes fenomenològics amb violació de CP. Al Capítol 1, presentem una visió general del SM que mostra com sorgeixen les seues interaccions dels principis de simetria. L'última part està dedicada al sector de sabor al SM, on s'introdueixen els fenòmens de violació de CP a través de la matriu Cabibbo-Kobawashi-Maskawa (CKM). Finalment, es presenten les diferents formes en què aquest fenomen pot aparéixer a la natura. El concepte de teoria efectiva de camps (EFT) s'introdueix al Capítol 2, proporcionant un potent marc teòric per als sistemes físics estudiats al llarg d'aquesta tesi. La determinació teòrica de la relació directa de violació de CP $\varepsilon'/ \varepsilon$ en $K\to\pi\pi$ al SM és la primera aplicació fenomenològica presentada en aquest treball al Capítol 3. Utilitzant la teoria de pertorbacions quirals ($\chi$PT), obtenim una predicció del SM que està d'acord amb el resultat experimental. Al Capítol 4, realitzem una actualització de la predicció anterior incloent les correccions conegudes d’isospín. Considerant una extensió prou general del SM, el model Aligned-Multi-Higgs-Doublet (AMHDM), al Capítol 5, realitzem un càlcul a un loop de les contribucions de curta distància per a la mescla de mesons neutres. Aquesta extensió permet acomodar noves fonts de violació de CP que podrien reproduir l’asimetria observada. Finalment, restringim fortament aquestes fonts a partir de les dades de sabor actuals. Al Capítol 6, obtenim nous límits per als moments dipolars elèctrics (EDM) dels quarks pesats charm i bottom utilitzant les equacions del grup de renormalització (RGE) junt amb els forts límits dels seus chromo-EDM