New Physics Models in the Diphoton Final State at CMS

Since the discovery of the Higgs boson at the LHC, its use as a probe to search for beyond the standard model physics, such as supersymmetry, has become important, as seen in a recent search by the CMS experiment using razor variables in the diphoton final state. Motivated by this search, this thesis examines the LHC discovery potential of a SUSY scenario involving bottom squark pair production with a Higgs boson in the final state. We design and implement a software-based trigger using the razor variables for the CMS experiment to record events with a bottom quark-antiquark pair from a Higgs boson. We characterize the full range of signatures at the LHC from this Higgs-aware SUSY scenario and demonstrate the sensitivity of the CMS data to this model.

Formulação supersimétrica de processos estocásticos com ruído multiplicativo

Os processos estocásticos com ruído branco multiplicativo são objeto de atenção constante em uma grande área da pesquisa científica. A variedade de prescrições possíveis para definir matematicamente estes processos oferece um obstáculo ao desenvolvimento de ferramentas gerais para seu tratamento. Na presente tese, estudamos propriedades de equilíbrio de processos markovianos com ruído branco multiplicativo. Para conseguirmos isto, definimos uma transformação de reversão temporal de tais processos levando em conta que a distribuição estacionária de probabilidade depende da prescrição. Deduzimos um formalismo funcional visando obter o funcional gerador das funções de correlação e resposta de um processo estocástico multiplicativo representado por uma equação de Langevin. Ao representar o processo estocástico neste formalismo (de Grassmann) funcional eludimos a necessidade de fixar uma prescrição particular. Neste contexto, analisamos as propriedades de equilíbrio e estudamos as simetrias ocultas do processo. Mostramos que, usando uma definição apropriada da distribuição de equilíbrio e considerando a transformação de reversão temporal adequada, as propriedades usuais de equilíbrio são satisfeitas para qualquer prescrição. Finalmente, apresentamos uma dedução detalhada da formulação supersimétrica covariante de um processo markoviano com ruído branco multiplicativo e estudamos algumas das relações impostas pelas funções de correlação através das identidades de Ward-Takahashi.

Superintégrabilité avec intégrales d'ordre trois, algèbres polynomiales et mécanique quantique supersymétrique

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Fabrication et caractérisation de détecteurs à gouttelettes en surchauffe à bas bruit de fond au sein du projet PICASSO

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Propriétés géométriques des surfaces associées aux solutions des modèles sigma grassmanniens en deux dimensions

Dans cette thèse, nous analysons les propriétés géométriques des surfaces obtenues des solutions classiques des modèles sigma bosoniques et supersymétriques en deux dimensions ayant pour espace cible des variétés grassmanniennes G(m,n). Plus particulièrement, nous considérons la métrique, les formes fondamentales et la courbure gaussienne induites par ces surfaces naturellement plongées dans l'algèbre de Lie su(n). Le premier chapitre présente des outils préliminaires pour comprendre les éléments des chapitres suivants. Nous y présentons les théories de jauge non-abéliennes et les modèles sigma grassmanniens bosoniques ainsi que supersymétriques. Nous nous intéressons aussi à la construction de surfaces dans l'algèbre de Lie su(n) à partir des solutions des modèles sigma bosoniques. Les trois prochains chapitres, formant cette thèse, présentent les contraintes devant être imposées sur les solutions de ces modèles afin d'obtenir des surfaces à courbure gaussienne constante. Ces contraintes permettent d'obtenir une classification des solutions en fonction des valeurs possibles de la courbure. Les chapitres 2 et 3 de cette thèse présentent une analyse de ces surfaces et de leurs solutions classiques pour les modèles sigma grassmanniens bosoniques. Le quatrième consiste en une analyse analogue pour une extension supersymétrique N=2 des modèles sigma bosoniques G(1,n)=CP^(n-1) incluant quelques résultats sur les modèles grassmanniens. Dans le deuxième chapitre, nous étudions les propriétés géométriques des surfaces associées aux solutions holomorphes des modèles sigma grassmanniens bosoniques. Nous donnons une classification complète de ces solutions à courbure gaussienne constante pour les modèles G(2,n) pour n=3,4,5. De plus, nous établissons deux conjectures sur les valeurs constantes possibles de la courbure gaussienne pour G(m,n). Nous donnons aussi des éléments de preuve de ces conjectures en nous appuyant sur les immersions et les coordonnées de Plücker ainsi que la séquence de Veronese. Ces résultats sont publiés dans la revue Journal of Geometry and Physics. Le troisième chapitre présente une analyse des surfaces à courbure gaussienne constante associées aux solutions non-holomorphes des modèles sigma grassmanniens bosoniques. Ce travail généralise les résultats du premier article et donne un algorithme systématique pour l'obtention de telles surfaces issues des solutions connues des modèles. Ces résultats sont publiés dans la revue Journal of Geometry and Physics. Dans le dernier chapitre, nous considérons une extension supersymétrique N=2 du modèle sigma bosonique ayant pour espace cible G(1,n)=CP^(n-1). Ce chapitre décrit la géométrie des surfaces obtenues des solutions du modèle et démontre, dans le cas holomorphe, qu'elles ont une courbure gaussienne constante si et seulement si la solution holomorphe consiste en une généralisation de la séquence de Veronese. De plus, en utilisant une version invariante de jauge du modèle en termes de projecteurs orthogonaux, nous obtenons des solutions non-holomorphes et étudions la géométrie des surfaces associées à ces nouvelles solutions. Ces résultats sont soumis dans la revue Communications in Mathematical Physics.

Étude et caractérisation de détecteurs à liquide en surchauffe

Les preuves astronomiques stipulent qu'environ 4\% de la densité de masse-énergie de l'univers serait composé d'atomes. Le reste est séparé entre la matière sombre, qui représente 24\% de la densité de masse-énergie, et l'énergie sombre, qui s'accapare les 71\% restant. Le neutralino est une particule prédite par la théorie de la supersymétrie et est un candidat à la composition de la matière sombre. Le Projet d'Identification des Candidats Supersymétriques Sombres (PICASSO) vise à détecter le neutralino en utilisant des détecteurs à gouttelettes de C$_4$F$_{10}$ en surchauffe. Lors du passage d'une particule dans les gouttelettes de C$_4$F$_{10}$, une transition de phase aura lieu si l'énergie déposée est au-delà du seuil prédit par le critère de nucléation d'une transition de phase (théorie de Seitz). L'onde acoustique émise durant la transition de phase est ensuite transformée en impulsion électrique par des capteurs piézoélectriques placés sur le pourtour du détecteur. Le signal est amplifié, numérisé puis enregistré afin de pouvoir être analysé par des outils numériques. L'ouvrage qui suit présente les travaux effectués sur la compréhension des signaux des détecteurs à gouttelettes en surchauffe dans le but d'améliorer la discrimination du bruit de fond. Un détecteur à petites gouttelettes, r $\approx 15\mu m$ a été étudié et comparé à une simulation Monte Carlo. Il s'est avéré que les possibilités de discrimination du bruit de fond provenant des particules alpha étaient réduites pour un détecteur à petites gouttelettes, et ce en accord avec le modèle théorique. Différentes composantes du système d'acquisition ont été testées dont le couplage entre le capteur piézoélectrique et la paroi en acrylique, l'efficacité des capteurs piézoélectriques à gain intégré et les conséquences de la force du gain sur la qualité du signal. Une comparaison avec des résultats de l'expérience SIMPLE (Superheated Instrument for Massive ParticLe Experiments) a été effectuée en mesurant des signaux de détecteurs PICASSO à l'aide d'un microphone électrostatique à électret. Il a été conclu que les détecteurs PICASSO ne parviennent pas à reproduire la discrimination quasi parfaite présentée par SIMPLE.

Notes on beta-deformations of the pure spinor superstring in AdS(5) x S(5)

We study the properties of the vertex operator for the beta-deformation of the superstring in AdS(5) x S(5) in the pure spinor formalism. We discuss the action of supersymmetry on the infinitesimal beta-deformation, the application of the homological perturbation theory, and the relation between the worldsheet description and the spacetime supergravity description. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Probing bilinear R-parity violating supergravity at the LHC

We study the collider phenomenology of bilinear R-parity violating supergravity, the simplest effective model for supersymmetric neutrino masses accounting for the current neutrino oscillation data. At the CERN Large Hadron Collider the center-of-mass energy will be high enough to probe directly these models through the search for the superpartners of the Standard Model (SM) particles. We analyze the impact of R-parity violation on the canonical supersymmetry searches-that is, we examine how the decay of the lightest supersymmetric particle (LSP) via bilinear R-parity violating interactions degrades the average expected missing momentum of the reactions and show how this diminishes the reach in the usual channels for supersymmetry searches. However, the R-parity violating interactions lead to an enhancement of the final states containing isolated same-sign di-leptons and trileptons, compensating the reach loss in the fully inclusive channel. We show how the searches for displaced vertices associated to LSP decay substantially increase the coverage in supergravity parameter space, giving the corresponding reaches for two reference luminosities of 10 and 100 fb(-1) and compare with those of the R-parity conserving minimal supergravity model.

Spontaneous breaking of superconformal invariance in (2+1) D supersymmetric Chern-Simons-matter theories in the large N limit

In this work we study the spontaneous breaking of superconformal and gauge invariances in the Abelian N = 1,2 three-dimensional supersymmetric Chern-Simons-matter (SCSM) theories in a large N flavor limit. We compute the Kahlerian effective superpotential at subleading order in 1/N and show that the Coleman-Weinberg mechanism is responsible for the dynamical generation of a mass scale in the N = 1 model. This effect appears due to two-loop diagrams that are logarithmic divergent. We also show that the Coleman-Weinberg mechanism fails when we lift from the N = 1 to the N = 2 SCSM model. (C) 2010 Elsevier B.V All rights reserved.

Equivalence between supersymmetric self-dual and Maxwell-Chern-Simons models coupled to a matter spinor superfield

We study the duality of the supersymmetric self-dual and Maxwell-Chern-Simons theories coupled to a fermionic matter superfield, using a master action. This approach evades the difficulties inherent to the quartic couplings that appear when matter is represented by a scalar superfield. The price is that the spinorial matter superfield represents a unusual supersymmetric multiplet, whose main physical properties we also discuss. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

A new proposal for the picture changing operators in the minimal pure spinor formalism

Using a new proposal for the ""picture lowering"" operators, we compute the tree level scattering amplitude in the minimal pure spinor formalism by performing the integration over the pure spinor space as a multidimensional Cauchy-type integral. The amplitude will be written in terms of the projective pure spinor variables, which turns out to be useful to relate rigorously the minimal and non-minimal versions of the pure spinor formalism. The natural language for relating these formalisms is the. Cech-Dolbeault isomorphism. Moreover, the Dolbeault cocycle corresponding to the tree-level scattering amplitude must be evaluated in SO(10)/SU(5) instead of the whole pure spinor space, which means that the origin is removed from this space. Also, the. Cech-Dolbeault language plays a key role for proving the invariance of the scattering amplitude under BRST, Lorentz and supersymmetry transformations, as well as the decoupling of unphysical states. We also relate the Green`s function for the massless scalar field in ten dimensions to the tree-level scattering amplitude and comment about the scattering amplitude at higher orders. In contrast with the traditional picture lowering operators, with our new proposal the tree level scattering amplitude is independent of the constant spinors introduced to define them and the BRST exact terms decouple without integrating over these constant spinors.

Probing neutrino mass with displaced vertices at the Fermilab Tevatron

Supersymmetric extensions of the standard model exhibiting bilinear R-parity violation can generate naturally the observed neutrino mass spectrum as well as mixings. One interesting feature of these scenarios is that the lightest supersymmetric particle (LSP) is unstable, with several of its decay properties predicted in terms of neutrino mixing angles. A smoking gun of this model in colliders is the presence of displaced vertices due to LSP decays in large parts of the parameter space. In this work we focus on the simplest model of this type that comes from minimal supergravity with universal R-parity conserving soft breaking of supersymmetry augmented with bilinear R-parity breaking terms at the electroweak scale (RmSUGRA). We evaluate the potential of the Fermilab Tevatron to probe the RmSUGRA parameters through the analysis of events possessing two displaced vertices stemming from LSP decays. We show that requiring two displaced vertices in the events leads to a reach in m(1/2) twice the one in the usual multilepton signals in a large fraction of the parameter space.

The Hunt for New Physics at the Large Hadron Collider

The Large Hadron Collider presents an unprecedented opportunity to probe the realm of new physics in the TeV region and shed light on some of the core unresolved issues of particle physics. These include the nature of electroweak symmetry breaking, the origin of mass, the possible constituent of cold dark matter, new sources of CP violation needed to explain the baryon excess in the universe, the possible existence of extra gauge groups and extra matter, and importantly the path Nature chooses to resolve the hierarchy problem - is it supersymmetry or extra dimensions. Many models of new physics beyond the standard model contain a hidden sector which can be probed at the LHC. Additionally, the LHC will be a. top factory and accurate measurements of the properties of the top and its rare decays will provide a window to new physics. Further, the LHC could shed light on the origin of neutralino masses if the new physics associated with their generation lies in the TeV region. Finally, the LHC is also a laboratory to test the hypothesis of TeV scale strings and D brane models. An overview of these possibilities is presented in the spirit that it will serve as a companion to the Technical Design Reports (TDRs) by the particle detector groups ATLAS and CMS to facilitate the test of the new theoretical ideas at the LHC. Which of these ideas stands the test of the LHC data will govern the course of particle physics in the subsequent decades.

Probing bilinear R-parity violating supergravity at the LHC

We study the collider phenomenology of bilinear R-parity violating supergravity, the simplest effective model for supersymmetric neutrino masses accounting for the current neutrino oscillation data. At the CERN Large Hadron Collider the center-of-mass energy will be high enough to probe directly these models through the search for the superpartners of the Standard Model (SM) particles. We analyze the impact of R-parity violation on the canonical supersymmetry searches-that is, we examine how the decay of the lightest supersymmetric particle (LSP) via bilinear R-parity violating interactions degrades the average expected missing momentum of the reactions and show how this diminishes the reach in the usual channels for supersymmetry searches. However, the R-parity violating interactions lead to an enhancement of the final states containing isolated same-sign di-leptons and trileptons, compensating the reach loss in the fully inclusive channel. We show how the searches for displaced vertices associated to LSP decay substantially increase the coverage in supergravity parameter space, giving the corresponding reaches for two reference luminosities of 10 and 100 fb(-1) and compare with those of the R-parity conserving minimal supergravity model.

Collider aspects of flavor physics at high Q

This chapter of the "Flavor in the era of LHC" workshop report discusses flavor-related issues in the production and decays of heavy states at the LHC at high momentum transfer Q, both from the experimental and the theoretical perspective. We review top quark physics, and discuss the flavor aspects of several extensions of the standard model, such as supersymmetry, little Higgs models or models with extra dimensions. This includes discovery aspects, as well as the measurement of several properties of these heavy states. We also present publicly available computational tools related to this topic.