Nueva física en la tercera generación de quarks en el LHC

Institución otorgante:

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Fecha:

2015-04-30

Tipo de documento: 

info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
 

Formato:

application/pdf

Idioma:

spa

Temas:

MAS ALLA DEL MODELO ESTANDAR - QUARK TOP Y BOTTOM - LHC - BEYOND THE STANDARD MODEL - TOP AND BOTTOM QUARKS - LHC

Descripción:

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.

Identificador:

https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5682_SanchezVietto