Search for new physics in the final state b, τ, ν in pp collisions in the LHC

Abstract

RESUMEN: El Modelo Estándar de la física de partículas es una de las teorías más exitosas desarrolladas por el ser humano. Es una teoría cuántica de campos que explica la materia contenida en el universo y sus interacciones a través del intercambio de mediadores. La anomalía RD(∗) es una mancha en el modelo estándar, que predice las mismas tasas de interacción para los leptones cargados. A medida que las observaciones de las desintegraciones semi-leptónicas de mesones B en τ -leptones aumentan en comparación con los otros leptones cargados, se deben considerar nuevos marcos teóricos para explicar las desviaciones entre la observación y la teoría. Diferentes experimentos ya han buscado mediadores desconocidos en diferentes estados finales, y han restringido el espacio de parámetros en ciertos modelos, para estados finales aunque diferentes, relacionados. Esta tesis considera un jet b, así como un τ hadrónico y energía faltante en estado final de colisiones protón protón, y se buscan indicios de diferentes modelos de física más allá del Modelo Estándar. De esta forma es propuesto un diseño fenomenológico para buscar estas señales en experimentos con colisionadores, especialmente considerando el run 2 del LHC (√s = 13 TeV y L = 150 fb−1) y el experimento CMS. Los resultados de esta investigación se presentan como distribuciones espectrales de masas, y son la comparación entre diferentes contribuciones del Modelo Estándar y de física más allá de los modelo estándar, motivadas por la anomalía RD(∗).

ABSTRACT: The standard model of particle physics is one of the most successful theories developed by the human being. It is a quantum theory of fields that explains the matter contained in the universe and its interactions via the interchange of mediators. The standard model predicts the same B-meson decay rates (Γi/Γ ≈ 10.6% [1]) for all generations of charged leptons. However, experimental observations of semi-leptonic decays of B mesons into τ -leptons are enhanced in comparison with the other charged leptons. The results where B mesons decay to D∗ mesons are referred to as the RD∗ anomalies, and new theoretical frameworks have been considered in order to explain the deviations between the observation and the theory. Different experiments have already searches for unknown mediators to explain these anomalies, utilizing different final states, and have restricted the parameter space in certain models, depending on the particular final state. This thesis considers a methodology to discover signs of new physics beyond the standard model, using a final state with a b-quark jet, a τ lepton which decays to hadrons, and missing momentum from proton-proton collisions at the Large Hadron Collider (LHC). This thesis proposes a phenomenological new physics model to probe the RD(∗) anomalies using the LHCs Run 2 data collected with √ s = 13 TeV and L = 150 fb−1 at the compact muon solenoid experiment. The results of this research are presented as mass spectrum distributions, comparing the contributions from standard model processes with the new physics model, motivated by the RD(∗) anomaly.