Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Phänomenologie nicht-minimaler supersymmetrischer Modelle im Kontext zuküftiger Linearbeschleuniger. Erweiterungen des minimalen supersymmetrischen Standardmodells (MSSM) können die beobachtete Higgs-Boson Masse von ca. 125 GeV natürlicher beschreiben als das MSSM und haben eine reichere Phänomenologie. Wir betrachten sowohl F-Term-Erweiterungen des MSSM, wie beispielsweise das nichtminimale supersymmetrische Standardmodell (NMSSM), als auch D-Term-Erweiterungen, welche aus der Niederenergiebeschreibung von supersymmetrischen Modellen mit erweiterter Eichgruppe entstehen. Das NMSSM beinhaltet eine Lösung des μ-Problems mit einem zusätzlichen Eichsinglett-Supermultiplet. Der erweiterte Neutralinosektor des NMSSM kann an einem zukünftigen Linearbeschleuniger präzise studiert werden und dient NMSSM und MSSM zu unterscheiden. Wir zeigen, dass die polarisierten Strahlen eines Linearbeschleunigers wichtig werden können, um den Neutralino- und Charginosektor zu rekonstruieren und dadurch zwischen NMSSM und MSSM zu unterscheiden, selbst in Fällen, in denen die Teilchenspektra und eigenschaften in beiden Modelle sehr ähnlich sind. Nichtentkoppelnde D-Term-Erweiterungen des MSSM können die Higgs-Masse in niedrigster Ordnung durch zusätzliche Beiträge zum quartischen Potential des Higgsfeldes im Vergleich zum MSSM erhöhen. Diese Beiträge werden durch eine erweiterte Eichgruppe generiert. Wir beschreiben diesen Effekt und zeigen, wie diese zusätzlichen nichtentkoppelnden D-Terme die standardmodellartige Kopplung des Higgsbosons an die Fermionen und Eichbosonen verändert. Weiterhin beschreiben wir, wie diese Abweichungen von den Standardmodellkopplungen am Large Hadron Collider (LHC) und dem International Linear Collider (ILC) gefunden werden können und zeigen, dass der ILC essentiell für die Interpretation des Modells ist. Da unsere Ergebnisse zeigen, dass hochpräzise Messungen an einem Linearbeschleuniger von fundamentaler Bedeutung für die Phänomenologie supersymmetrischer Modelle ist, ist es ebenfalls wichtig,das physikalische Umfeld am Wechselwirkungspunkt eines Linearbeschleunigers genau zu verstehen. Daher beschreiben wir im letzten Teil der Arbeit nichtlineare Quantenelektrodynamik QED) in Gegenwart starker elektromagnetischer Felder, welche durch die Elektronen- und
Positronenbündel der Beschleunigerstrahlen erzeugt werden. Wir schätzen die Stärke dieser Felder bei zukünftigen Linearbeschleunigern ab und zeigen, dass der Effekt der Felder gegebenenfalls bei der Beschreibung aller physikalischer Prozesse berücksichtigt werden muss, um
das ambitionierte Physikprogramm der geplanten Linearbeschleuniger umzusetzen. Unter Berücksichtigung dieser Effekte studieren wir mit Hilfe eines intensiven Laserstrahls – ̈ähnlich dem SLAC Experiment 144– nichtlineare QED experimentell am LC getestet wereden kann.
The focus of this thesis is on the phenomenology of several non-minimal supersymmetric models in the context of future linear colliders (LCs). Extensions of the minimal supersymmetric Standard Model (MSSM) may accommodate the observed Higgs boson mass at about 125 GeV in a more natural way than the MSSM, with a richer phenomenology. We consider both F-term extensions of the MSSM, as for instance the non-minimal supersymmetric Standard Model (NMSSM), as well as D-terms extensions arising at low energies from gauge extended supersymmetric models. The NMSSM offers a solution to the μ-problem with an additional gauge singlet supermultiplet. The enlarged neutralino sector of the NMSSM can be accurately studied at a LC and used to distinguish the model from the MSSM. We show that exploiting the power of the polarised beams of a LC can be used to reconstruct the neutralino and chargino sector and eventually distinguish the NMSSM even considering challenging scenarios that resemble the MSSM. Non-decoupling D-terms extensions of the MSSM can raise the tree-level Higgs mass with respect to the MSSM. This is done through additional contributions to the Higgs quartic potential, effectively generated by an extended gauge group. We study how this can happen and we show how these additional non-decoupling D-terms affect the SM-like Higgs boson couplings to fermions and gauge bosons. We estimate how the deviations from the SM couplings can be spotted at the Large Hadron Collider (LHC) and at the International Linear Collider (ILC), showing how the ILC would be suitable for the model identification. Since our results prove that a linear collider is a fundamental machine for studying supersymmetry phenomenology at a high level of precision, we argue that also a thorough comprehension of the physics at the interaction point (IP) of a LC is needed. Therefore, we finally consider the possibility of observing intense electromagnetic field effects and nonlinear quantum electrodynamics (QED) processes at the IP, due to the strong electromagnetic fields generated by electron and positron bunches. We estimate the strength of the fields that would be generated at the planned LCs. We then argue that considering their effects on all physical processes may have strong impact on the ambitious precision physics program at the LC. We study how to test nonlinear QED colliding an intense laser on the beams of a LC, in an effort to improve and extend the success of SLAC experiment 144.