Desarrollo de un Trigger de alto nivel para un modelo con fermiones de tipo vectorial con espectro comprometido para el detector CMS en el LHC

Abstract

RESUMEN: Este trabajo es el compendio de los temas abordados durante mi investigación en la maestría en física. Una descripción del modelo estándar (SM) y algunos de sus problemas más conocidos, sirve como introducción para la presentación del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y el detector Solenoide Compacto de Muones (CMS). Estos experimentos de cooperación internacional han guiado a los físicos teóricos durante la última década a la hora de proponer modelos alternativos al SM. Uno de estos modelos, llamado Fermiones de tipo Vectorial de Espectro Comprimido (VLFCS), es presentado en este trabajo. Este modelo busca explicar la constitución de la materia oscura en el universo. Basándonos en este modelo y su hipotética señal en el detector CMS, presentamos el estudio de viabilidad para implementar una ruta de trigger de alto nivel en el detector CMS para recolectar la hipotética señal de este modelo. En el trabajo también se incluye un estudio de factibilidad para la búsqueda de esta señal en el contexto del Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad (HL-LHC) y el detector CMS Fase-II. Este proyecto busca extender la toma de datos del experimento hasta el año 2035, aumentando considerablemente la luminosidad del colisionador. Los resultados de este trabajo incluyen los límites de exclusión que se podrían imponer en el espacio de parámetros del modelo y los límites superiores en la sección eficaz para valores específicos de estos parámetros. Todo esto en el contexto del HL-LHC con una energía de colisión respecto al centro de masa de 14 TeV y una luminosidad integrada de 3000 fb−1.

ABSTRACT: This work is the compendium of the topics studied during my master’s degree. A description of the standard model (SM) and some of his most well-known problems, serves as an introduction to the presentation of the Great Hadron Collider (LHC) and the Compact Muon Solenoid (CMS) detector. These experiments of international cooperation have guided the theoretical physicists during the last decade when proposing alternative models to the SM. One of these models, called Compressed Spectra Vector-Like Fermions (VLFCS), is presented in this work. This model seeks to explain the constitution of dark matter in the universe. Based on this model and its hypothetical signal in the CMS detector, we present the feasibility study to implement a High-Level Trigger path in the CMS detector to collect the hypothetical signal of this model. In this paper it is also included a feasibility study for the search of this signal in the context of the Large High-luminosity Hadron Collider (HL-LHC) and the CMS Phase-II detector. This project seeks to extend the data collection of the experiment until the year 2035, considerably increasing the luminosity of the collider. The results of this work include the exclusion limits that could be imposed on the parameter space of the model and the upper limits in the cross section for specific values of these parameters. All this in the context of the HL-LHC with a collision energy with respect to the center of mass of 14 TeV and an integrated luminosity of 3000 fb-1.