Search for Charged Higgs Bosons in the Neutral Higgs Boson and W Boson Decay Channel with the CMS Experiment

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1302-3
Title: Search for Charged Higgs Bosons in the Neutral Higgs Boson and W Boson Decay Channel with the CMS Experiment
Author: Lotti, Mikko
Contributor organization: University of Helsinki, Faculty of Science
Doctoral Programme in Particle Physics and Universe Sciences
Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
Alkeishiukkasfysiikan ja maailmankaikkeuden tutkimuksen tohtoriohjelma
Helsingfors universitet, matematisk-naturvetenskapliga fakulteten
Doktorandprogrammet i elementarpartikelfysik och kosmologi
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2022-02-18
Language: eng
Belongs to series: URN:ISSN:1455-0563
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1302-3
http://hdl.handle.net/10138/338875
Thesis level: Doctoral dissertation (monograph)
Abstract: Standard Model of particle physics is considered the most accurate description of elementary par- ticles and their interactions. Experimental observations, however, point clearly that the Standard Model doesn’t explain all phenomena in nature, such as the origin of dark matter and the matter- antimatter asymmetry in the universe. Therefore, beyond the Standard Model theories try to give explanations to the open questions by hypothesising the existence of new elementary particles. Many extensions of the Standard Model introduce five Higgs bosons, two of which are electrically charged. The Compact Muon Solenoid experiment at the Large Hadron Collider is designed to study the predictions of the Standard Model and search for new particles predicted by beyond the Standard Model theories. In this thesis, a search for charged Higgs bosons is presented in the neutral Higgs boson and W boson decay channel. This is the first time an experimental search is conducted in this decay channel. The neutral Higgs boson decays to two tau leptons are studied while the W boson decays to a muon or an electron and a neutrino. This thesis focuses on two channels, where both tau leptons decay hadronically. The data has been collected using the Compact Muon Solenoid detector during the years 2016, 2017 and 2018. The analysis uses a data-driven background measurement to estimate the dominating Standard Model background processes, where a jet is misidentified as a hadronically decaying tau lepton. Other minor background processes are estimated using simulation. The analysis is optimised to search for charged Higgs bosons in the mass range of 300 GeV and 700 GeV. Finally, the transverse mass distribution of the charged Higgs boson is reconstructed. Since no deviation from the Standard Model prediction is found, upper exclusion limits are extracted on the production cross section and branching fraction of the charged Higgs boson. To increase the signal sensitivity, the results are combined with two additional channels with one hadronically decaying tau lepton.Hiukkasfysiikan Standardimalli on tarkin tunnettu kuvaus alkeishiukkasista ja niiden välisistä vuorovaikutuksista. Siitä huolimatta kokeelliset havainnot osoittavat, että Standardimalli ei selitä kaikkia luonnon ilmiöitä, kuten pimeän aineen alkuperää tai maailmankaikkeudessa vallitsevaa materian ja antimaterian epätasapainoa. Standardimallin laajennukset pyrkivät vastaamaan näihin avoimiin kysymyksiin ennustamalla uusia alkeishiukkasia. Monet Standardimallin laajennukset ennustavat viisi Higgsin bosonia joista kaksi on sähköisesti varattuja. Kompakti Myonisolenoidi koejärjestely, joka on kytketty Suureen Hadronitörmyttimeen on suunniteltu tutkimaan Standardimallin ennustuksia ja etsimään Standardimallin laajennuksien ennustamia uusia alkeishiukkasia. Tässä väitöskirjassa esitän sähkövarattujen Higgsin bosonien etsinnän neutraalin Higgsin bosonin ja W bosonin hajoamiskanavassa. Väitöskirjassa esitetty tutkimus on ensimmäinen kokeellinen tutkimus, joka on suoritettu tässä hajoamiskanavassa. Analyysissä tutkin hajoamisketjua, jossa neutraali Higgsin bosoni hajoaa kahteen tau leptoniin ja W bosoni hajoaa myoniin tai elektroniin ja neutriinoon. Tämä väitöskirja keskittyy kahteen hajoamisketjuun, jossa molemmat tau leptonit hajoavat hadroneihin. Väitöskirjassa käytetty data on kerätty Kompaktilla Myonisolenoidilla vuosien 2016, 2017 ja 2018 aikana. Analyysi hyödyntää suurimpien Standardimallin taustojen mittauksissa dataan pohjautuvia menetelmiä. Standardimallin taustaprosessit, joissa hiukkasryöppy näyttäytyy tau leptonina mitataan datasta. Muut pienemmät taustaprosessit mallinnetaan käyttämällä simulaatiota. Analyysi on optimoitu etsimään sähkövarauksellisia Higgsin bosoneita massojen 300 GeV ja 700 GeV väliltä. Analyysi rakentaa sähkövarauksellisen Higgsin bosoneiden transverssimassan. Koska kerätyn datan ja Standardimallin ennusteen välillä ei löydetty eroavaisuuksia, lopullisia tuloksia käytetään asettamaan kokeellinen yläraja sähkövarauksellisten Higgsin bosonien vaikutusalalle protoni-protoni törmäyksissä. Lopuksi, väitöskirjassa esitetyt kaksi hajoamisketjua yhdistetään kahden hajoamisketjun kanssa, jotka tutkivat yhden tau leptonin hajoamista hadroneihin. Näin lopullisten tulosten merkittävyyttä voidaan kasvattaa.
Subject: kokeellinen hiukkasfysiikka
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
lotti_mikko_dissertation_2022.pdf 12.25Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record