Búsqueda de la producción de parejas de charginos y squarks top en estados finales con dos leptones de carga opuesta en colisiones protón-protón a √s = 13 tev
- Autores: Barbara Chazin Quero
- Directores de la Tesis: Luca Scodellaro (dir. tes.), Jonatan Piedra Gómez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Searches for pair production of charginos and top squarks in final states with two oppositely charged leptons in proton-proton collisions at √s = 13 TeV
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Alcaraz Maestre (presid.), Pablo Martínez Ruiz del Árbol (secret.), Lesya Shchutska (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología por la Universidad de Cantabria
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
Tras el descubrimiento en 2012 del bosón de Higgs, el Modelo Estándar se ha establecido firmemente como una teoría efectiva, válida hasta energías del orden de la escala electrodébil ( ∼ TeV). Las últimas evidencias experimentales demuestran que su actual formulación es incompleta y existen numerosas cuestiones por resolver. Entre ellas, se encuentran la existencia de la materia oscura, la asimetría entre materia y antimateria o el problema de la jerarquía entre la masa del bosón de Higgs y la masa de Planck. Parece entonces plausible pensar modelos de nueva física que describan la naturaleza a escalas más altas de energía en un rango fenomenológico más amplio. Una de las alternativas más prometedoras al Modelo Estándar se encuentra en la supersimetría.
El principio de supersimetría asigna a cada partícula del Modelo Estándar un compañero supersimétrico a través de una transformación de simetría espacio-temporal que cambia en 1/2 el momento angular de espín de la partícula original. La extensión supersimétrica más simple del Modelo Estándar se denomina, en inglés, the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). Este modelo puede resolver algunos de los problemas más importantes del actual Modelo Estándar como proveer de un candidato a materia oscura o solucionar el problema de la jerarquía.
Esta tesis doctoral presenta la búsqueda de dos partículas supersimétricas producidas en colisiones proton-proton en el LHC con una energía de centro de masas de √s = 13 TeV. La muestra de datos analizada ha sido recogida por el detector CMS en 2016 y corresponde a una luminosidad integrada de 35.9 fb − 1 . El análisis se centra en la producción del chargino y del top squark más ligeros ( χ±_1 , t_1 ) en pares de partícula-antipartícula decayendo en estados finales con dos leptones y momento transverso faltante. Los resultados son interpretados en términos de varios modelos de señal simplificados asumiendo conservación de la simetría R-parity y asumiendo como la partícula supersimétrica más ligera, en inglés lightest supersymmetric particle (LSP), el neutralino más ligero ( χ0_1) llamado a partir de aquí simplemente neutralino.
La búsqueda de parejas de chargino se realiza en todo el plano de masas, considerando como principal referencia un modelo donde el chargino decae en un leptón (l), un neutrino (ν) y el neutralino a través de la desintegración de un sleptón ( χ±_1→ lν → lν χ0_1) o de un sneutrino ( χ±_1 → lν → lν χ0_1 ). Se asume que las tres generaciones de sleptones están degeneradas con una masa igual al promedio entre las entre las masas del chargino y del neutralino. También se asume que la fracción de desintegración de un chargino en un sleptón cargado o un neutrino es la misma. Los resultados son así mismo interpretados en términos un segundo modelo donde cada chargino decae en un neutralino y un bosón W. Otras búsquedas de pares de chargino han sido previamente publicadas por la Colaboración CMS en el contexto del primer escenario de señal usando datos de colisiones protón-protón a 8 TeV y por la Colaboración ATLAS en el contexto de ambos escenarios, usando datos de colisiones a 8 TeV y a 13 TeV.
En el caso de los pares de top squarks, se considera como referencia un modelo donde el squark top decae en quark top (t) y un neutralino. La búsqueda se realiza en la zona comprimida del espectro de masas donde la diferencia de masas (∆m) entre el squark top y el neutralino se encuentra entre la masa del quark top y del bosón W, mW < ∆m ≤ mt . Los resultados son además interpretados en términos de otro modelo donde cada uno de los squark top producidos decae en un quark bottom (b) y un chargino que a su vez decae en un bosón W y un neutralino. En este modelo la masa del chargino se asume igual al promedio de las masas del squark top y del neutralino. Los resultados son además interpretados en términos de otro modelo donde cada uno de los squark top producidos decae en un quark bottom (b) y un chargino que a su vez decae en un bosón W y un neutralino. En este modelo la masa del chargino se asume igual al promedio de las masas del squark top y del neutralino. Este trabajo complementa un resultado previo publicado por la Colaboración CMS y cuyo objetivo era testear los mencionados modelos en la región de mayor masa ∆m > mt donde los quarks top son producidos con mayor momento. Con respecto a ese análisis, esta búsqueda gana sensibilidad en la región de masas comprimida al suavizar las exigencias sobre los jets provenientes de la hadronización del quark bottom y mediante la optimización de la selección de eventos de señal enfocándola a la producción de neutralinos con bajo momento.
La estrategia del análisis emplea las mismas técnicas para la estimación de fondos y la extracción de señal en ambas búsquedas, en tanto que el espacio de fases especifico para cada hipótesis varía ligeramente en función de sus propiedades cinemáticas. La sensibilidad del análisis se basa en la combinación de dos variables discriminatorias que permiten la separación de los principales procesos del Modelo Estándar y la señal. Para la estimación efectiva de la contribución de señal en la región de interés se realiza un ajuste de máxima verosimilitud, en inglés maximum likelihood, a los datos. Se establece, así mismo, un límite superior en la sección eficaz de producción para los diferentes modelos considerados. El procedimiento para hacerlo se basa una aproximación asintótica del criterio CLs que fija dicho límite con un nivel de confianza del 95%.
En los modelos donde el chargino decae en un sleptón o un sneutrino se han logrado excluir masas con valores próximos a los 800 y 320 GeV para el chargino y el neutralino respectivamente, siendo los límites más altos que se han obtenido hasta la fecha. Por otro lado, se ha encontrado una sensibilidad limitada en modelos dónde el chargino decae en un bosón W y un neutralino debido a la fracción de desintegración relativamente baja de la desintegración leptónica de un bosón W, lográndose así excluir masas de chargino en el rango de los 170 a 200 GeV.
En el caso de la producción de una pareja squarks top, mientras que la estrategia del análisis ha sido optimizada para la zona de masa comprimida, los límites superiores de la sección eficaz se presentan, por completitud, en todo el plano de masas. Cuando consideramos la zona comprimida, donde ∆m está entre la masa del quark top y del bosón W, y la desintegración del squark top en un quark top y en un neutralino los valores de masa excluidos alcanzan los 420 y 360 GeV respectivamente. En el caso del segundo modo de decaimiento considerado la masa del quark top es excluida en el rango de 225-325 GeV.
En resumen, con el estudio de los datos recogidos por el experimento CMS en 2016, esta búsqueda extiende los actuales límites de exclusión en la producción de parejas de charginos decayendo en sleptones, mejorando en aproximadamente 70 GeV el límite en la masa del chargino para un neutralino sin masa. Los límites de exclusión de la producción de parejas de squark top extienden los resultados obtenidos por la Colaboración CMS en estados finales con dos leptones de carga opuesta en la zona de masa comprimida, siendo éstos competitivos con los resultados obtenidos por la Colaboración ATLAS en el mismo canal de desintegración.
- English
This PhD thesis presents a search for pair production of supersymmetric particles in events with two oppositely charged leptons (electrons or muons) and missing transverse momentum. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 35.9 fb −1 of proton-proton collisions at √s = 13 TeV collected with the CMS detector during the 2016 data taking period at the LHC. No significant deviation is observed from the predicted standard model background. The results are interpreted in terms of several simplified models for chargino and top squark pair production, assuming R-parity conservation and with the neutralino as the lightest supersymmetric particle. When the chargino is assumed to undergo a cascade decay through sleptons, with a slepton mass equal to the average of the chargino and neutralino masses, exclusion limits at 95% confidence level are set on the masses of the chargino and neutralino up to 800 and 320 GeV, respectively. For top squark pair production, the search focuses on models with a small mass difference between the top squark and the lightest neutralino. When the top squark decays into an off-shell top quark and a neutralino, the limits extend up to 420 and 360 GeV for the top squark and neutralino masses, respectively.
- español
