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Nueva física en la tercera generación de quarks en el LHC
Juan Ignacio Sanchez Vietto Ezequiel Álvarez
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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
El quark top es posiblemente, junto al bosón de Higgs, una de las partículas menos estudiada y comprendida del Modelo Estándar. Menos estudiada porque, hasta el reciente anuncio del descubrimiento del tan buscado bosón de Higgs, fue durante mucho tiempo la última partícula descubierta (en el a˜no 1995 por los experimentos CDF y DØ del Tevatron). Además, comparativamente con otras partículas, su masa de 172 GeV la hace muy difícil de producir copiosamente en los colisionadores con el fin de realizar un estudio estadístico detallado de sus propiedades. Así, pese a los esfuerzos realizados, queda mucho por explorar sobre esta partícula. Y menos comprendida porque su masa es varios ordenes de magnitud más grande que la de cualquiera de los otros fermiones del Modelo Estándar. Con la llegada de la era del LHC (Large Hadron Collider) el quark top esta siendo estudiado como nunca antes, produciendo 80 millones de pares top-antitop por a˜no cuando alcance su luminosidad de dise˜no y examinando sus propiedades a una nueva escala de energías. Existen tanto argumentos experimentales como teóricos que impulsan, no sólo a explorar en profundidad las propiedades del quark top, sino también las de su compa˜nero electrodébil, el quark bottom. Por un lado, el quark top es el único fermión que posee un acoplamiento de orden ~ 1 con el bosón de Higgs. Desde un punto de vista teórico, ésto abre la posibilidad de que la tercera generación de quark juegue un papel fundamental en la ruptura de la simetría electrodébil. Más aún, muchas de las teorías que pretenden explicar el origen de la ruptura de la simetría predicen un fuerte acoplamiento entre la 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 dirección al haz de protones) y la producción backward (en dirección opuesta al haz de 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 de las 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 compuesta y 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 y nuevos bosones de gauge masivos. Éstos últimos son producidos en colisionadores hadrónicos a través de aniquilación de quarks y decaen principalmente a un par top-antitop. Así, la producción de top-antitop vía fusión de gluones es background para las búsquedas de este tipo de resonancias. En esta tesis se estudiaron cortes en la se˜nal de producción de pares de top-antitop en el LHC que dan lugar a un aumento de la sensibilidad a la Nueva Física en las búsquedas de resonancias en el espectro de masa invariante producto del incremento de la proporción de eventos de aniquilación de quarks luego de dichos cortes. Tres variables de corte fueron consideradas en el análisis con el fin de mejorar las perspectivas de encontrar Nueva Física por medio de este tipo de búsquedas: Los momentos longitudinal y transversal del par top-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 principales propuestas de Nueva Física para explicar la desviación medida en la asimetría forward-backward en el Tevatron. En esta tesis se introdujo un modelo puramente fenomenológico donde el nuevo gluón masivo, con una masa entre 700 y 2500 GeV, interactúa con los quarks del Modelo Estándar con diferente magnitud. Si bien en el modelo no se supone ninguna teoría subyacente en particular, los resultados del Tevatron favorecen acoplamientos axiales entre el gluón masivo y los quarks, con magnitudes que van en aumento con la masa de los quarks. Así, emergen naturalmente escenarios con un nuevo sector compuesto. Finalmente, en los modelos de Higgs Compuesto es requerida la existencia de nuevas resonancias fermiónicas con cargas exóticas. En este contexto, un modelo que intenta encontrar una solución al problema de la asimetría forward-backward en la producción de quark bottom en el LEP predice una nueva resonancia de carga Q = −4/3. Esta resonancia es el compa˜nero compuesto más liviano del bottom y la principal se˜nal de Nueva Física. Con masas del orden de M ≥ 1,3 TeV, el principal mecanismo de producción de esta resonancia 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 que explota las principales características cinemáticas de la producción simple para distinguir entre se˜nal y background: W− y b-jet, ambos de alto impulso transversal, y un jet liviano forward.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
MAS ALLA DEL MODELO ESTANDAR; QUARK TOP Y BOTTOM; LHC; BEYOND THE STANDARD MODEL; TOP AND BOTTOM QUARKS
Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 2015 | Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) |
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Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- español castellano
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
2015-04-30
Información sobre licencias CC