Measurement of the higgs boson coupling with tau leptons and search for an additional neutral mssm higgs boson with the atlas detector

Resumen

El Modelo Estándar de física de partículas (SM), la teoría que describe el comportamiento de las partículas subatómicas, ha sido un éxito en su precisión y exactitud. Uno de sus pilares básicos es el mecanismo de Higgs, que regula los términos de masa de las partículas fundamentales. La partícula responsable de este mecanismo es el bosón de Higgs, que fue descubierto en 2012 en los experimentos ATLAS y CMS del colisionador de partículas LHC del CERN, mediante el análisis de su acoplamiento a partículas bosónicas (fotones y bosones W y Z). Tras su descubrimiento, es necesario confirmar que el resto sus propiedades se corresponden con las predichas por el SM, como, por ejemplo, su acoplamiento a fermiones. El primer objetivo de esta tesis es el estudio del acoplamiento del bosón de Higgs a leptones tau y su comparación con el valor predicho por el SM. Eso se hace mediante el análisis de colisiones protón-protón producidas por el LHC y recogidas por el detector ATLAS durante el Run 1, con una luminosidad acumulada de 4.5 ifb a una energía en el centro de masas de 7 TeV y 20.3 ifb a una energía en el centro de masas de 8 TeV. La tesis describe el análisis de eventos di-tau y la optimización de su significancia mediante el uso de un tipo de algoritmo multivariante (MVA), un BDT, entrenado en los modelos de fondo y señal predichos por el SM. El resultado final muestra un exceso de eventos respecto al fondo con una significancia estadística observada de 4.5 sigma (frente a una esperada de 3.4 sigma), que representa evidencia del acoplamiento directo del bosón de Higgs a fermiones. La fuerza de señal normalizada medida, mu = 1.43 (+0.43,-0.37), es compatible con el SM. El SM, sin embargo, no está completo, ya que hay fenómenos naturales para los que no provee de solución, mientras que la naturalidad de algunos de sus mecanismos está en entredicho. Para solucionar estos problemas se han propuesto varias extensiones del SM, de entre las que destaca la supersimetría (SUSY), en especial en su mínima implementación (MSSM). En este modelo, el mecanismo de Higgs está compuesto de cinco bosones, uno de los cuales sería el descubierto en 2012. Del resto, dos de ellos podrían tener las propiedades de masa y acoplamiento a fermiones adecuadas para ser detectados por los experimentos del LHC con un análisis análogo al descrito para el SM. El segundo objetivo de esta tesis es la búsqueda de los bosones de Higgs adicionales predichos por el MSSM en el rango de alta masa (200 GeV-1.2 TeV) mediante el análisis de eventos di-tau obtenidos durante el primer año del Run 2 del LHC por el detector ATLAS, con una luminosidad acumuladada de 3.2 ifb a una energía en el centro de masas de 13 TeV. Como resultado del análisis no se observa ningún exceso significativo, los datos obtenidos son compatibles con el fondo esperado por el SM. Por tanto, se establecen límites a la sección eficaz de producción de los bosones de Higgs y se restringe el espacio de parámetros (tan beta–m(A)) permitido para diferentes escenarios fenomenológicos del MSSM.