Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Disciplina: | fisica |
| Título: | Nueva física en la tercera generación de quarks en el LHC |
| Título alternativo: | Search for new physics in the third generation of quarks at the LHC |
| Autor: | Sanchez Vietto, Juan Ignacio |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Publicación en la Web: | 2015-08-20 |
| Fecha de defensa: | 2015-04-30 |
| Fecha en portada: | 2015-04-30 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas |
| Director: | Alvarez, Ezequiel |
| Director Asistente: | Da Rold, Leandro |
| Consejero: | de Florian, Daniel |
| Jurado: | Otero y Garzón, Gustavo; Sánchez, Federico; Wahlberg, Hernán |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | MAS ALLA DEL MODELO ESTANDAR; QUARK TOP Y BOTTOM; LHCBEYOND THE STANDARD MODEL; TOP AND BOTTOM QUARKS; LHC |
| Tema: | física/física de altas energías
|
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5682_SanchezVietto |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n5682_SanchezVietto.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n5682_SanchezVietto |
| Ubicación: | Dep.FIS 005682 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Sanchez Vietto, Juan Ignacio. (2015). Nueva física en la tercera generación de quarks en el LHC. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5682_SanchezVietto |
Resumen:
El quark top es posiblemente, junto al bosón de Higgs, una de las partículasmenos estudiada y comprendida del Modelo Estándar. Menos estudiadaporque, hasta el reciente anuncio del descubrimiento del tan buscado bosónde Higgs, fue durante mucho tiempo la última partícula descubierta (en ela˜no 1995 por los experimentos CDF y DØ del Tevatron). Además, comparativamentecon otras partículas, su masa de 172 GeV la hace muy difícil deproducir copiosamente en los colisionadores con el fin de realizar un estudioestadístico detallado de sus propiedades. Así, pese a los esfuerzos realizados,queda mucho por explorar sobre esta partícula. Y menos comprendidaporque su masa es varios ordenes de magnitud más grande que la de cualquierade los otros fermiones del Modelo Estándar. Con la llegada de la eradel LHC (Large Hadron Collider) el quark top esta siendo estudiado comonunca antes, produciendo 80 millones de pares top-antitop por a˜no cuandoalcance su luminosidad de dise˜no y examinando sus propiedades a una nuevaescala de energías. Existen tanto argumentos experimentales como teóricos que impulsan, nosólo a explorar en profundidad las propiedades del quark top, sino tambiénlas de su compa˜nero electrodébil, el quark bottom. Por un lado, el quark topes el único fermión que posee un acoplamiento de orden ~ 1 con el bosónde Higgs. Desde un punto de vista teórico, ésto abre la posibilidad de que latercera generación de quark juegue un papel fundamental en la ruptura de lasimetría electrodébil. Más aún, muchas de las teorías que pretenden explicarel origen de la ruptura de la simetría predicen un fuerte acoplamiento entrela Nueva Física y estas partículas, lo cual hace muy importante su estudio. Por el otro lado, existe evidencia experimental de la posible presencia de Nueva Física en la asimetría entre la producción forward (con la direcciónal haz de protones) y la producción backward (en dirección opuesta al hazde protones) tanto de pares top-antitop medida en el colisionador Tevatron,como de bottom-antibottom, medida en el LEP (Large Electron-Positron Collider). Los modelos con un sector fuertemente interactuante han sido una delas propuestas para explicar el mecanismo de la ruptura de la simetría electrodébil y solucionar el problema de la naturalidad de la masa del Higgs. En estos modelos, el bosón de Higgs es una partícula totalmente compuestay su potencial está determinado por la dinámica del sector fuertemente interactuante. Además, éstos predicen la aparición de otras nuevas partículas compuestas en la escala TeV que interactúan fuertemente con la tercera generación de quarks, incluyendo nuevas resonancias fermiónicas de espín 1/2 ynuevos bosones de gauge masivos. Éstos últimos son producidos en colisionadoreshadrónicos a través de aniquilación de quarks y decaen principalmentea un par top-antitop. Así, la producción de top-antitop vía fusión de gluoneses background para las búsquedas de este tipo de resonancias. En esta tesisse estudiaron cortes en la se˜nal de producción de pares de top-antitop enel LHC que dan lugar a un aumento de la sensibilidad a la Nueva Físicaen las búsquedas de resonancias en el espectro de masa invariante productodel incremento de la proporción de eventos de aniquilación de quarks luegode dichos cortes. Tres variables de corte fueron consideradas en el análisiscon el fin de mejorar las perspectivas de encontrar Nueva Física por mediode este tipo de búsquedas: Los momentos longitudinal y transversal del partop-antitop, y el ángulo de dispersión entre el haz de protones y el quark top. La existencia de una resonancia gluónica masiva es una de las principalespropuestas de Nueva Física para explicar la desviación medida en la asimetríaforward-backward en el Tevatron. En esta tesis se introdujo un modelo puramentefenomenológico donde el nuevo gluón masivo, con una masa entre 700y 2500 GeV, interactúa con los quarks del Modelo Estándar con diferentemagnitud. Si bien en el modelo no se supone ninguna teoría subyacente enparticular, los resultados del Tevatron favorecen acoplamientos axiales entreel gluón masivo y los quarks, con magnitudes que van en aumento con la masade los quarks. Así, emergen naturalmente escenarios con un nuevo sectorcompuesto. Finalmente, en los modelos de Higgs Compuesto es requerida la existenciade nuevas resonancias fermiónicas con cargas exóticas. En este contexto,un modelo que intenta encontrar una solución al problema de la asimetríaforward-backward en la producción de quark bottom en el LEP predice unanueva resonancia de carga Q = −4/3. Esta resonancia es el compa˜nero compuestomás liviano del bottom y la principal se˜nal de Nueva Física. Con masasdel orden de M ≥ 1,3 TeV, el principal mecanismo de producción de estaresonancia es la producción electrodébil simple y su decaimiento es a W−b. Se dise˜nó una estrategia de búsqueda para esta partícula en el LHC queexplota las principales características cinemáticas de la producción simplepara distinguir entre se˜nal y background: W− y b-jet, ambos de alto impulsotransversal, y un jet liviano forward.
Abstract:
The top quark is possibly, together with the Higgs boson, one of theparticles less studied and understood of the Standard Model. Less studiedbecause until the recent announcement of the Higgs boson discovery, it waslong the last particle discovered (in 1995 by the experiments CDF and DØ atthe Tevatron). Moreover and comparatively with other particles, because ofits mass of 172 GeV it is hard to produce copiously in colliders in order to beable to perform a detailed statistical study of its properties. Thus, in spiteof the effort done, there remains a lot to explore about this particle. Lessunderstood because its mass is several orders of magnitude larger than anyother of the Standard Model fermions. With the advent of the LHC (Large Hadron Collider) era the top quark is being studied as never before, producing 80 millions of pairs top-antitop a year when it reaches its maximumluminosity and testing its properties at a new scale of energies. There exist experimental and theoretical considerations that compel usto explore in depth the properties of the top quark but also those of itselectroweak partner, the bottom quark. On one hand, the top quark is theonly fermion which couples to Higgs with a coupling of order ~ 1. From atheoretical point of view, this opens the possibility that the third generationplays an important role in the mechanism of electroweak symmetry breaking. Moreover, many of the theories aiming to explain the origin of the symmetrybreaking predict a strong coupling between the new physics and these particles,which makes their study very important. On the other hand, thereexists experimental evidence of the possible presence of new physics in theasymmetry between the forward (in the direction of the beam of protons)and backward (in opposite direction to the beam of protons) productionin top-antitop pairs measured in Tevatron as well as in bottom-antibottommeasured in the LEP (Large Electron-Positron Collider). Models with a strongly interacting sector have been proposed to explainthe electroweak symmetry breaking mechanism and to solve the naturalnessproblem in the Higgs mass. In these models, the Higgs boson is a totallycomposite particle and its potential is determined by the dynamics of thestrongly interacting sector. Also, new composite particles arise at the TeVscale which interact strongly with the third generation of quarks, including new fermionic spin 1/2 resonances and new massive gauge bosons. The latterare produced at hadron colliders via quark annihilation and decay mainlyto top-antitop pairs. Thus, the top-antitop production via gluon fusion isbackground for the searches of these kind of resonances. In this thesis cuts inthe signal of top-antitop production in the LHC were studied, which resultsin an enhancement of the sensibility to the New Physics in the resonacessearches in the invariant mass spectrum because of the increment in theproportion of quark annihilation events after these cuts. Three cuts variableshave been analyzed in order to improve the possibilities of finding new physicsby means of these kind of resonances searches: the longitudinal and transversemomentum of the top-antitop pair and the dispersion angle between theproton beam and the top quark. The existence of a massive gluonic resonance is one of the main proposalsof New Physics to explain the deviation measured in the forward-backwardasymmetry at the Tevatron. A purely phenomenological model was proposedin this thesis, where the new massive gluon, with a mass between 700and 2500 GeV, interacts with Standard Model quarks at different strength. Even though the model does not assume any underlying theory in particular,the results of Tevatron favor axial coupling between the massive gluon andthe quarks, with strengths that grow with the mass of the quarks. Thus, acomposite Higgs scenery naturally arises. Finally, the existence of new fermionic resonances with exotic charges isrequired in composite Higgs theories. In this context, a model aiming to solvethe forward-backward asymmetry anomaly in the production of bottomquarks at LEP predicts a new resonance with charge Q = −4/3. This resonanceis the lightest composite partner of the bottom and the main signal of New Physics. With masses M ≥ 1,3 TeV, the main production mechanism ofthis resonance is the single electroweak production and its decay is via W−b. In this thesis, a search strategy for this particle at the LHC was designed,exploiting the main kinematical features of the single production to distinguishsignal over background: a hard W−, a hard b-jet and a forward lightjet.
Citación:
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Sanchez Vietto, Juan Ignacio. (2015). Nueva física en la tercera generación de quarks en el LHC. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5682_SanchezVietto
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Sanchez Vietto, Juan Ignacio. "Nueva física en la tercera generación de quarks en el LHC". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2015.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5682_SanchezVietto
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