Supersymmetry searches in ATLAS at the LHC
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La Fisica de Particulas es la rama de la ciencia que estudia los componentes elementales del Universo y sus interacciones fundamentales. La teoria de las particulas fundamentales y sus interacciones es conocida como el Modelo Estandar (SM). Este proporciona la descripcion mas precisa, hasta la fecha, de la fenomenologia de la Fisica de Particulas Elementales. Su validez ha sido demostrada hasta escalas de energia del orden de TeV. No obstante, el SM no se considera la teoria fundamental definitiva ya que existe evidencia de Nueva Fisica imposible de describir con el SM como la existencia de Materia Oscura, la asimetria entre materia y antimateria del Universo, las masas de los neutrinos o el problema de la jerarquia. Por lo tanto, el SM necesita, o bien una extension, o bien ser incluido en una teoria mas completa. Varias hipotesis se han desarrollado en esta direccion, entre las que destaca la Supersimetria (SUSY). Se ha demostrado que SUSY es la unica extension posible de las simetrias espacio-temporales conocidas en las interacciones de particulas y que podria, si existe, resolver muchos de los problemas del SM. La caracteristica clave de la fenomenologia de SUSY es la prediccion de “sparticulas” (particulas supersimetricas). Cada particula del SM tiene una companera supersimetrica de la que difiere en spin en 1/2. De momento, ningun experimento ha observado estas supercompaneras, lo cual indica que SUSY tendria que ser una simetria rota, por lo que las sparticulas deberian ser mas masivas que sus companeras del SM. Puesto que se sabe muy poco sobre el mecanismo de ruptura y del espectro de masa de las nuevas particulas, las posibles senales de SUSY pueden ser muy diversas dependiendo del modelo particular que se considere. Para producir particulas muy pesadas (como las que predice SUSY) se necesitan colisiones a altisimas energias. Para ello se utilizan aceleradores que pueden incrementar la energia de dos haces de particulas y hacerlos colisionar. El Gran Colisionador Hadronico (LHC), operado por el Laboratorio Europeo de Fisica de Particulas (CERN), es uno de estos aceleradores en el que se producen colisiones entre protones. Con su energia en el centro de masas y su luminosidad sin precedentes, ofrece unas condiciones excelentes para la busqueda de nuevas particulas con masas del orden de TeV. Varios detectores de grandisimas dimensiones observan y registran los resultados de estas colisiones. Entre ellos se encuentra ATLAS, uno de los cuatro detectores de mas envergadura del LHC. Esta Tesis presenta dos busquedas distintas de Supersimetria utilizando datos de ATLAS. La primera consiste en una busqueda de Supersimetria, con violacion bilineal de paridad R (bRPV), utilizando 4,7/fb de datos a una energia en el centro de masas de 7 TeV. La caracteristica mas relevante de los modelos de bRPV SUSY es que la particula supersimetrica mas ligera (LSP) es inestable y se desintegra en particulas del SM en vez de escapar sin ser vista como predicen los modelos de conservacion de paridad R. Este analisis consiste en la seleccion de estados finales con un lepton (electron o muon), siete o mas jets y energia transversa faltante (EtMiss). En este contexto se define una region de senal (SR) en la que se predice que bRPV domina sobre el fondo de SM. Para asegurar que el comportamiento de los fondos del SM se entienden correctamente se definen tambien un conjunto de regiones de control y validacion ortogonales a la SR. Los principales procesos de fondo en la SR son la produccion de quarks top y la produccion de bosones W y Z junto con jets. Ademas, tambien es importante la estimacion de la produccion de jets de QCD. La estimacion del fondo en la SR es 4,3 ± 1,2 (2,2 ± 1,1) sucesos en el canal del electron (muon) y el numero de sucesos observados en los datos es 7 (7). Esto supone una discrepancia entre datos y prediccion de 1,1 (2,1) desviaciones estandar. Por lo tanto se puede concluir que no hay discrepancias significativas entre el numero esperado de sucesos del SM y los datos observados. Este acuerdo entre datos y SM se interpreta en terminos del modelo bRPV-mSUGRA, estableciendo limites de exclusion en sus parametros. El otro escenario que presenta esta Tesis es una busqueda de Supersimetria con estados finales que contienen un boson Z que se desintegra leptonicamente, jets y gran cantidad de EtMiss. Los datos de colisiones proton-proton que se han utilizado en esta busqueda se recopilaron durante 2012 a una energia en el centro de masas de 8 TeV y corresponden a una luminosidad integrada de 20,3/fb. Los fondos dominantes provienen de los llamados procesos simetricos en sabor y de dibosones con produccion real de bosones Z. Los resultados de la estimacion total de los fondos son: 4,2 ± 1,6; 6,4 ± 2,2 y 10,6 ± 3,2 para los canales electron-electron, muon-muon y la suma de ambos, respectivamente. El total de sucesos observados en los datos en estos canales es 16, 13 y 29, lo cual indica que los datos exceden las predicciones con una significancia de 3, 1,7 y 3 desviaciones estandar respectivamente. El numero predicho de sucesos del SM y el observado estan en perfecto acuerdo en todas las regiones de control y de validacion, con lo que este exceso puede interpretarse como un indicio de Nueva Fisica o como una fluctuacion estadistica, necesitandose los datos del Run 2 del LHC para discernir entre ambas posibilidades. Estos resultados se han interpretado en un modelo de Suersymetria GGM donde el gravitino es la LSP y un neutralino de tipo higgsino es la segunda particula supersimetrica mas ligera. Los limites de exclusion observados para estos modelos son menos restrictivos que los predichos debido al exceso de sucesos en los datos.
Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.