AbstractsPhysics

Pro gradu -tutkielmassa esitellään Coleman-Weinberg mekanismi kahden esimerkkilaskun kautta. Tutkielmassa lasketaan efektiivinen potentiaali massattomassa skalaariteoriassa ja massattomassa skalaarikvanttielektrodynamiikassa. Esimerkkilaskujen jälkeen esitellään yksinkertainen malli, jossa skaalainvarianssin rikkova skalaarihiukkanen kuuluu niin kutsuttuun piilotettuun sektoriin. Ennen esimerkkilaskuja esitellään kvanttikenttäteorian perusteita. Näiden yhteyessä esitellään vuorovaikuttavien kenttien käsittelyyn liittyvät Feynmanin säännöt ja Feynmanin diagrammit. Lisäksi tutkielmassa esitellään termisen kenttäteorian perusteita ja lasketaan efektiivinen potentiaali kahdessa tapauksessa: massattomassa skalaariteoriassa ja Standardimallissa. Jälkimmäisessä tapauksessa fermionien kontribuutio jätetään huomioimatta. Esityksessä keskitytään erityisesti korjaukseen, joka voidaan laskea ns. rengasdiagrammien avulla. Laskujen motivaationa on vakuumissa spontaanisti rikkoutuneiden symmetrioiden mahdollinen palautumisesta riittävän korkeassa lämpötilassa ja tästä seuraavat faasimuutokset. Sovelluskohteita ovat esimerkiksi neutronitähdet ja varhainen maailmankaikkeus. Tutkielmassa tarkasteltujen menetelmien avulla voidaan analysoida piilotettuja sektoreita sisältäviä Standardimallin laajennuksia. In this thesis we introduce the Coleman-Weinberg mechanism through sample calculations. We calculate the effective potential in the massless scalar theory and massless quantum electrodynamics. After sample calculations, we walk through simple model in which the scalar particle, that breaks the scale invariance, resides at the hidden sector. Before we go into calculations we introduce basic concepts of the quantum field theory. In that context we discuss interaction of the fields and the Feynman rules for the Feynman diagrams. Afterwards we introduce the thermal field theory and calculate the effective potential in two cases, massive scalar theory and the Standard Model without fermions. We introduce the procedure how to calculate the effective potential, which contains ring diagram contributions. Motivation for this is knowledge of that sometimes the spontaneously broken symmetries are restored in the high temperature regime. If the phase transition between broken-symmetry and full-symmetry phase is first order phase transition baryogenesis can happen. Using the methods introduced in this thesis the Standard Model extensions that contain hidden sectors can be analyzed.