Search for heavy neutral resonances in the dielectron channel with the CMS detector at the LHC

A search for dielectron decays of heavy neutral resonances has been performed using proton-proton collision data collected at √s = 7 TeV by the Compact Muon Solenoid (CMS) experiment at the Large Hadron Collider (LHC) in 2011. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 5 fb⁻¹. The dielectron mass distribution is consistent with Standard Model (SM) predictions. An upper limit on the ratio of the cross section times branching fraction of new bosons, normalized to the cross section times branching fraction of the Z boson, is set at the 95 % confidence level. This result is translated into limits on the mass of new neutral particles at the level of 2120 GeV for the Z′ in the Sequential Standard Model, 1810 GeV for the superstring-inspired Z′_ψ resonance, and 1940 (1640) GeV for Kaluza-Klein gravitons with the coupling parameter k/M_Pl of 0.10 (0.05).

Extraction of CP Properties of the H(125) Boson Discovered in Proton-Proton Collisions at sqrt(s) = 7 and 8 TeV with the CMS Detector at the LHC

In this thesis we build a novel analysis framework to perform the direct extraction of all possible effective Higgs boson couplings to the neutral electroweak gauge bosons in the H → ZZ^(*) → 4l channel also referred to as the golden channel. We use analytic expressions of the full decay differential cross sections for the H → VV' → 4l process, and the dominant irreducible standard model qq ̄ → 4l background where 4l = 2e2μ,4e,4μ. Detector effects are included through an explicit convolution of these analytic expressions with transfer functions that model the detector responses as well as acceptance and efficiency effects. Using the full set of decay observables, we construct an unbinned 8-dimensional detector level likelihood function which is con- tinuous in the effective couplings, and includes systematics. All potential anomalous couplings of HVV' where V = Z,γ are considered, allowing for general CP even/odd admixtures and any possible phases. We measure the CP-odd mixing between the tree-level HZZ coupling and higher order CP-odd couplings to be compatible with zero, and in the range [−0.40, 0.43], and the mixing between HZZ tree-level coupling and higher order CP -even coupling to be in the ranges [−0.66, −0.57] ∪ [−0.15, 1.00]; namely compatible with a standard model Higgs. We discuss the expected precision in determining the various HVV' couplings in future LHC runs. A powerful and at first glance surprising prediction of the analysis is that with 100-400 fb^-1, the golden channel will be able to start probing the couplings of the Higgs boson to diphotons in the 4l channel. We discuss the implications and further optimization of the methods for the next LHC runs.

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.

Estudo das correlações cinemáticas em topologias de difração dura no contexto do CMS/LHC

O presente trabalho trata do estudo, por meio de simulação de Monte Carlo, de correlações entre variáveis cinemáticas nas topologias de difração simples e de dupla troca de pomeron com vista a delimitar e estudar o espaço de fase referente às topologias citadas, em especial no que se refere á produção inclusiva de dijatos no contexto do experimento CMS/LHC. Será também apresentada uma análise da produção, por difração simples, de dijatos inclusivos a energia no centro de massa √s = 14 TeV (também por simulação de Monte Carlo), na qual estabelecemos um procedimento, a ser usado com dados, para a observação desse tipo de processo. Ainda analisamos a influência de diversos valores da probabilidade de sobrevivência do intervalo de rapidez, [|S|], nos resultados, de forma que com 10 pb -1 de dados acumulados, uma simples observação da produção de dijatos difrativos inclusivos, pelo método proposto, pode vir a excluir valores muito pequenos de [|S|].

Estudo de lacunas de rapidez e caracterização de processos difrativos em eventos de minimum bias a 7TeV no CMS/LHC

Neste trabalho estudamos as características das distribuições da lacuna de rapidez em amostras de eventos de minimum bias de colisões pp a ps=7 TeV no CMS/LHC. Tais eventos são constituídos por processos difrativos, além de processos de QCD mole. São investigados o tamanho e a localização das lacunas, assim como as correlações entre as distribuições obtidas a partir dos objetos reconstruídos no detector e as distribuições obtidas a partir das partículas geradas via simulação Monte Carlo. Uma boa compreensão dessas distribuições pode, eventualmente, possibilitar a caracterização de eventos difrativos nos dados.

Análise da produção de dijatos de difração simples no experimento CMS/LHC

O escopo desse trabalho é a observação de dijatos de difração simples em colisões pp com ps = 7 TeV, durante os primeiros períodos de aquisição de dados do experimento CMS/LHC. A técnica utilizada foi a medida da multiplicidade no calorímetro HF. Os dados foram analisados para diferentes períodos de aquisição de dados do ano de 2010, com ∫ Ldt ~_ 3,2 pb-1. Comparamos os dados observados com o Monte Carlo simulado com efeito de empilhamento e sem esse efeito.

Medida da seção de choque difrativa simples dσ/d|t| a √s = 8 TeV no experimento CMS

A análise descrita nesta dissertação tem como objetivo a medida da seção de choque difrativa dσ/d|t| à energia no sistema do centro de massa de √s = 8 TeV. Os eventos usados para obter a seção de choque difrativa foram selecionados para processos de difração simples com um próton espalhado na região frontal e na região cinemática de 0,03 <|t| < 1,0 GeV e 0,03 < ξ < 0.1, usando os dados em comum obtidos em 2012 dos detectores CMS e TOTEM, o qual permite ter uma perspectiva mais detalhada do processo difrativo, devido à aceitação completa que oferece a combinação dos detectores. Os dados foram corrigidos devido à aceitação e eficiência do detector. A partir de uma parametrização exponencial da forma Ae ^Bt, o valor da inclinação do processo em que o próton espalhado é detectado em ambas as direções positiva da CMS é de B= -6,403 1,241 GeV- .

Estudo da produção de multijatos em colisões próton-próton com √s= 7 TeV no detector CMS/LHC

O Compact Muon Solenoid (CMS) é um dos principais detectores instalados no LHC que possibilita o estudo de diferentes aspectos da Física, indo do Modelo Padrão à matéria escura. Esse detector de propósito geral, foi construído para ser capaz de medir múons com uma grande precisão e todos os seus subdetectores foram construídos com uma alta granularidade, tornando possível identificar e caracterizar as propriedades cinemáticas das partículas finais da colisão. O algoritmo de reconstrução de eventos inclui a identificação de jatos, ou seja, é possível identificar a assinatura da produção de pártons na colisão e a medida de seções de choque da produção de muitos jatos é um dos métodos para se explorar as contribuições da Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics - QCD) perturbativa, permitindo avaliar as previsões implementadas nas simulações de eventos. Tendo em vista a caracterização de processos relacionados com a QCD em colisões de próton-próton a uma energia do centro de massa de 7 TeV, é apresentada a medida da seção de choque da produção inclusiva de multijatos no CMS. Para realizar essa medida foram utilizados dados reais coletados em 2010, onde não se apresentava muitas colisões por cruzamento de pacote, com uma luminosidade integrada de L = 2,869 pb-1 e utilizando jatos que estão em quase todo o espaço de fase acessível em pseudorapidez |n|≤ 4,8 e momentum transverso pT ≥ 30 GeV/ c2. Desse resultado foram removidos os efeitos de detecção comparado com predições simuladas.

Estudo do impacto do empilhamento em eventos na difração simples dura no CMS/LHC

Apresenta-se neste trabalho um estudo sobre o impacto do empilhamento de eventos (pile-up), nas distribuições das variáveis comumente utilizadas para identificar eventos difrativos, na topologia de difração dura simples produzindo dijatos, nas condições do CMS para baixa luminosidade (2 x 1033 cm -2 s-1). O cenário de baixa luminosidade citado acima equivale aproximadamente a 5 eventos de pile-up em média por cruzamento de pacotes. Para simular o sinal, difrativos (com e sem pile-up), usamos o gerador POMWIG (1). Para os eventos não-difrativos (com e sem pile-up), utilizamos o gerador PYTHIA (2),bem como para a produção dos eventos de pile-up (eventos simulados utilizando eventos de minimum bias).

Estudo dos processos de dijatos exclusivos a √s = 7 TeV no CMS/LHC

Este trabalho apresenta um estudo sobre a produção de dijatos exclusivos em interações pp, do tipo pp → p "+" dijatos "+" p, onde os prótons desta interação permanecem intactos, e o símbolo "+" indica uma lacuna na pseudorapidez, uma região com ausência de atividade hadrônica entre os prótons espalhados e o sistema central de dijatos; este processo é conhecido como produção central exclusiva. A análise utiliza uma amostra de dados que corresponde a uma luminosidade efetiva de 24;48 pb-1 coletados pelo experimento Compact Muon Solenoid (CMS) no Large Hadron Collider (LHC), no ano de 2010, com energia de centro de massa √s = 7 TeV. Este canal possui uma assinatura experimental única, caracterizada pelos prótons espalhados na região frontal, ou a baixos ângulos e duas grandes lacunas opostas. O processo da produção central exclusiva é útil para o entendimento das interações no contexto da QCD.

Observação de eventos de dijatos de alto pT separados por uma lacuna de rapidez no contexto de BFKL no CMS

Apresenta-se neste trabalho um estudo da produção de eventos de dijatos com alto momentum transverso separados por uma lacuna de rapidez, na topologia de jato+lacuna+jato, nos primeiro período de coleta de dados do CMS a √s = 7 TeV, isto é, para baixa luminosidade (1034cm-2s-1). A escala dura do evento é apresentada na forma dos dois jatos e da lacuna de rapidez no estado final. No contexto de BFKL, uma escada de glúons é trocada no canal t do espalhamento partônico. O processo acima foi simulado com o gerador HARDCOL (1), onde é implementado o cálculo de BFKL até ordem dominante de logaritmo ln s. As amostras foram simuladas e reconstruídas pelo software do CMS. Como evento de fundo dominante, temos a combinação de um evento de QCD com eventos de empilhamento na mesma colisão de feixe no LHC, onde observamos o excesso de dados sobre os eventos de fundo. Através do estudo dos jatos e da baixa atividade na região da lacuna, mostra-se a possibilidade de se observar os eventos com lacuna de rapidez a √s = 7 TeV.