Study of processes with two isolated leptons in the CMS experiment as a possible indication of new physics in proton-proton collisions at LHC

Abstract

Los resultados presentados en esta memoria de tesis usan el conjunto de datos completo recogido por el experimento CMS en colisiones protón-protón a energía en centro de masas de 7 y 8 TeV, así 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 Estándar como escenarios de nueva física, en particular, la Supersimetría, que ha sido puesta a prueba usando todos los datos disponibles. Rara vez se encuentran procesos en el Modelo Estándar que produzcan dos leptones de la misma carga eléctrica en el estado final, sin embargo, aparecen de modo natural en diferentes escenarios de nueva física. Es por ello que, dicho estado final se ha utilizado para explorar dichos escenario y en particular, producción fuerte y electro-débil de partículas supersimétricas. Por otro lado, se han usado sucesos con un electrón y un muón de distinta carga eléctrica para medir con precisión la sección eficaz de producción de pares de quarks top-antitop. Utilizando un método similar se ha realizado la primera medida de dicha sección eficaz a una energía en centro de masas de 13 TeV. En el desarrollo de la memoria, se presenta una descripción de los modelos utilizados, del experimento CMS y del acelerador LHC, junto con una descripción de la reconstrucción e identificación de observables que se usarán en los diferentes estudios presentados en este trabajo. A continuación, el procedimiento que se ha llevado a cabo para estudiar los procesos con dos leptones de la misma carga eléctrica en el estado final y que pueden producirse en procesos derivados de modelos más allá del Modelo Estándar. Los resultados obtenidos se interpretan en términos de la compatibilidad con las predicciones del Modelo Estándar. Esto ha permitido excluir la presencia de partículas supersimétricas, 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 producción electrodébil de partículas supersimétricas, cuyas secciones eficaces son sustancialmente más bajas que las que corresponden a la producción fuerte de este tipo de partículas. Al no observar ninguna desviación con respecto a las predicciones del Modelo Estándar se ha establecido un límite en las masas de las partículas supersimétricas tipo neutralino por debajo de 600 GeV/c2 (Eur.Phys.J., C74(9):3036, 2014). El quark top es la partícula más pesada conocida y se acopla fuertemente al bosón de Higgs, por ello, cualquier proceso de nueva física puede mostrarse como una pequeña desviación en la sección eficaz de producción de dichas partículas. La producción de pares de quarks top-antitop es también el fondo dominante en las búsquedas descritas en este trabajo. Se ha determinado la sección eficaz de la producción de top-antitop usando la misma muestra de datos que el caso anterior en el estado final con un electrón y un muón. Para extraer el valor de la sección eficaz se ha usado un método de clasificación secuencial de los sucesos (CMS-PAS-TOP-13-004, enviado a publicación). Así mismo se ha realizado una primera medida de la sección 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 energía en centro de masas (enviada a PRL, CMS-PAS-TOP-15-003).. En el último capítulo, se han explorado las posibilidades que ofrece el Run II del LHC a esta nueva energía en centro de masas y se han obtenido los primeros resultados de la posible extensión de dichos estudios con respecto a los realizados en el Run I del LHC.