Search for the Higgs boson produced in association with a top quark using leptons with ATLAS
- Autores: Pablo Martínez Agulló
- Directores de la Tesis: Carlos Escobar Ibáñez (dir. tes.), Susana Cabrera Urbán (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Número de páginas: 412
- Tribunal Calificador de la Tesis: Judith Katzy (presid.), Salvador Martí i García (secret.), Valentina Vecchio (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Física
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
Esta tesis documenta un análisis físico de gran importancia para el experimento ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el laboratorio CERN: la medición de la sección transversal de la producción del bosón de Higgs en asociación con un quark top en solitario. Este proceso involucra a dos de las partículas elementales más especiales: el bosón de Higgs, que otorga masa a todas las partículas fundamentales en el Modelo Estándar (SM), y el quark top, la partícula elemental más pesada y, por lo tanto, la que tiene el acoplamiento de Yukawa más fuerte al bosón de Higgs.
El acoplamiento de Yukawa entre el bosón de Higgs y el quark top es uno de los parámetros más intrigantes del SM. Aunque su magnitud se puede estudiar a través de la producción del Higgs con un par de quark-antiquark top. La única forma de determinar su signo relativo es a través de la producción de un único quark top en asociación con un bosón de Higgs (tHq). Esta tesis tiene como objetivo medir la tasa de producción de tHq considerando el estado final con dos leptones cargados de sabor ligero y un leptón tau que se desintegra hadrónicamente (2L1tau). La posible observación de un exceso de eventos de señal con respecto a la predicción del SM sería evidencia de nueva física en términos de acoplamiento que viola CP y ayudaría a explicar una de las limitaciones actuales del SM, la asimetría materia-antimateria.
El estudio presentado utiliza 140 fb-1 de datos de colisiones protón-protón a una energía en el centro de masa de 13 TeV del Run 2 del LHC recopilados por el detector ATLAS. Esta búsqueda es excepcionalmente desafiante debido a la sección transversal extremadamente pequeña del proceso tHq, y aún más por el canal de estado final 2L1tau, que solo representa el 3.5% de la producción total de tHq. Además, la gran presencia de procesos que pueden imitar la señal en el detector (conocidos como fondos) hace aún más difícil seleccionar un conjunto de datos puro para el análisis. Por lo tanto, se utilizan técnicas de aprendizaje automático para distinguir los eventos de señal tHq de los eventos de fondo, empleando árboles de decisión potenciados para definir las regiones de señal, control y validación del espacio de fases utilizadas en el análisis.
El análisis se divide además en dos categorías dependiendo de si los leptones cargados de sabor ligero tienen la misma carga o carga opuesta. Esta división está motivada por el hecho de que la composición del fondo es muy diferente para los dos casos, requiriendo básicamente dos análisis de datos completamente diferentes. Para el caso de leptones con la misma carga, se utiliza un análisis multivariante sofisticado para la asignación del origen del leptón ligero, es decir, para emparejarlo con su progenitor, que puede ser el quark top o el bosón de Higgs.
La fuerza de la señal medida en las dos subcategorías es compatible con las predicciones del Modelo Estándar. La hipótesis de un acoplo de Yukawa con signo inverso al predicho por el SM se ha explorado. Adicionalmente, límites de exclusión superiores para la producciones de tHq se han establecido. Estos resultados significan un paso importante hacia la primera observación de este proceso, lo cual requerirá más datos y una mejor comprensión de las principales incertidumbres sistemáticas.
