Study of processes with two isolated leptons in the CMS experiment as a possible indication of new physics in proton-proton collisions at LHC
Santiago Folgueras Gómez · 2015
Los resultados presentados en esta memoria de tesis usan el conjunto de datos completo recogido por el experimento CMS en colisiones proton-proton a energia en centro de masas de 7 y 8 TeV, asi como los primeros datos proporcionados por el LHC a 13 TeV en el verano de 2015. En esta memoria se ha estudiado tanto el Modelo Estandar como escenarios de nueva fisica, en particular, la Supersimetria, que ha sido puesta a prueba usando todos los datos disponibles. Rara vez se encuentran procesos en el Modelo Estandar que produzcan dos leptones de la misma carga electrica en el estado final, sin embargo, aparecen de modo natural en diferentes escenarios de nueva fisica. Es por ello que, dicho estado final se ha utilizado para explorar dichos escenario y en particular, produccion fuerte y electro-debil de particulas supersimetricas. Por otro lado, se han usado sucesos con un electron y un muon de distinta carga electrica para medir con precision la seccion eficaz de produccion de pares de quarks top-antitop. Utilizando un metodo similar se ha realizado la primera medida de dicha seccion eficaz a una energia en centro de masas de 13 TeV. En el desarrollo de la memoria, se presenta una descripcion de los modelos utilizados, del experimento CMS y del acelerador LHC, junto con una descripcion de la reconstruccion e identificacion de observables que se usaran en los diferentes estudios presentados en este trabajo. A continuacion, el procedimiento que se ha llevado a cabo para estudiar los procesos con dos leptones de la misma carga electrica en el estado final y que pueden producirse en procesos derivados de modelos mas alla del Modelo Estandar. Los resultados obtenidos se interpretan en terminos de la compatibilidad con las predicciones del Modelo Estandar. Esto ha permitido excluir la presencia de particulas supersimetricas, en particular gluinos, con masas por debajo de 1050 GeV/c2 (JHEP, 1401:163, 2014) . En este contexto, los datos se han utilizado para comprobar la posible produccion electrodebil de particulas supersimetricas, cuyas secciones eficaces son sustancialmente mas bajas que las que corresponden a la produccion fuerte de este tipo de particulas. Al no observar ninguna desviacion con respecto a las predicciones del Modelo Estandar se ha establecido un limite en las masas de las particulas supersimetricas tipo neutralino por debajo de 600 GeV/c2 (Eur.Phys.J., C74(9):3036, 2014). El quark top es la particula mas pesada conocida y se acopla fuertemente al boson de Higgs, por ello, cualquier proceso de nueva fisica puede mostrarse como una pequena desviacion en la seccion eficaz de produccion de dichas particulas. La produccion de pares de quarks top-antitop es tambien el fondo dominante en las busquedas descritas en este trabajo. Se ha determinado la seccion eficaz de la produccion de top-antitop usando la misma muestra de datos que el caso anterior en el estado final con un electron y un muon. Para extraer el valor de la seccion eficaz se ha usado un metodo de clasificacion secuencial de los sucesos (CMS-PAS-TOP-13-004, enviado a publicacion). Asi mismo se ha realizado una primera medida de la seccion eficaz de este proceso con los primeros datos recogidos a 13 TeV en 2015 obteniendo un resultado en acuerdo con las predicciones NNLO+NNLL de QCD para esta energia en centro de masas (enviada a PRL, CMS-PAS-TOP-15-003).. En el ultimo capitulo, se han explorado las posibilidades que ofrece el Run II del LHC a esta nueva energia en centro de masas y se han obtenido los primeros resultados de la posible extension de dichos estudios con respecto a los realizados en el Run I del LHC.