Resumen de Supersymmetry searches in atlas at the lhc
La Física de Partículas es la rama de la ciencia que estudia los componentes elementales del Universo y sus interacciones fundamentales. La teoría de las partículas fundamentales y sus interacciones es conocida como el Modelo Estándar (SM). Éste proporciona la descripción más precisa, hasta la fecha, de la fenomenología de la Física de Partículas Elementales. Su validez ha sido demostrada hasta escalas de energía del orden de TeV. No obstante, el SM no se considera la teoría fundamental definitiva ya que existe evidencia de Nueva Física imposible de describir con el SM como la existencia de Materia Oscura, la asimetría entre materia y antimateria del Universo, las masas de los neutrinos o el problema de la jerarquía. Por lo tanto, el SM necesita, o bien una extensión, o bien ser incluido en una teoría más completa.
Varias hipótesis se han desarrollado en esta dirección, entre las que destaca la Supersimetría (SUSY). Se ha demostrado que SUSY es la única extensión posible de las simetrías espacio-temporales conocidas en las interacciones de partículas y que podría, si existe, resolver muchos de los problemas del SM.
La característica clave de la fenomenología de SUSY es la predicción de “spartículas” (partículas supersimétricas). Cada partícula del SM tiene una compañera supersimétrica de la que difiere en spin en 1/2. De momento, ningún experimento ha observado estas supercompañeras, lo cual indica que SUSY tendría que ser una simetría rota, por lo que las spartículas deberían ser más masivas que sus compañeras del SM. Puesto que se sabe muy poco sobre el mecanismo de ruptura y del espectro de masa de las nuevas partículas, las posibles señales de SUSY pueden ser muy diversas dependiendo del modelo particular que se considere.
Para producir partículas muy pesadas (como las que predice SUSY) se necesitan colisiones a altísimas energías. Para ello se utilizan aceleradores que pueden incrementar la energía de dos haces de partículas y hacerlos colisionar. El Gran Colisionador Hadrónico (LHC), operado por el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), es uno de estos aceleradores en el que se producen colisiones entre protones. Con su energía en el centro de masas y su luminosidad sin precedentes, ofrece unas condiciones excelentes para la búsqueda de nuevas partículas con masas del orden de TeV. Varios detectores de grandísimas dimensiones observan y registran los resultados de estas colisiones. Entre ellos se encuentra ATLAS, uno de los cuatro detectores de más envergadura del LHC.
Esta Tesis presenta dos búsquedas distintas de Supersimetría utilizando datos de ATLAS. La primera consiste en una búsqueda de Supersimetría, con violación bilineal de paridad R (bRPV), utilizando 4,7/fb de datos a una energía en el centro de masas de 7 TeV. La característica más relevante de los modelos de bRPV SUSY es que la partícula supersimétrica más ligera (LSP) es inestable y se desintegra en partículas del SM en vez de escapar sin ser vista como predicen los modelos de conservación de paridad R.
Este análisis consiste en la selección de estados finales con un leptón (electrón o muon), siete o más jets y energía transversa faltante (EtMiss). En este contexto se define una región de señal (SR) en la que se predice que bRPV domina sobre el fondo de SM. Para asegurar que el comportamiento de los fondos del SM se entienden correctamente se definen también un conjunto de regiones de control y validación ortogonales a la SR.
Los principales procesos de fondo en la SR son la producción de quarks top y la producción de bosones W y Z junto con jets. Además, también es importante la estimación de la producción de jets de QCD.
La estimación del fondo en la SR es 4,3 ± 1,2 (2,2 ± 1,1) sucesos en el canal del electrón (muon) y el número de sucesos observados en los datos es 7 (7). Esto supone una discrepancia entre datos y predicción de 1,1 (2,1) desviaciones estándar. Por lo tanto se puede concluir que no hay discrepancias significativas entre el número esperado de sucesos del SM y los datos observados. Éste acuerdo entre datos y SM se interpreta en términos del modelo bRPV-mSUGRA, estableciendo límites de exclusión en sus parámetros.
El otro escenario que presenta esta Tesis es una búsqueda de Supersimetría con estados finales que contienen un bosón Z que se desintegra leptónicamente, jets y gran cantidad de EtMiss. Los datos de colisiones protón-protón que se han utilizado en esta búsqueda se recopilaron durante 2012 a una energía en el centro de masas de 8 TeV y corresponden a una luminosidad integrada de 20,3/fb.
Los fondos dominantes provienen de los llamados procesos simétricos en sabor y de dibosones con producción real de bosones Z.
Los resultados de la estimación total de los fondos son: 4,2 ± 1,6; 6,4 ± 2,2 y 10,6 ± 3,2 para los canales electrón-electrón, muon-muon y la suma de ambos, respectivamente. El total de sucesos observados en los datos en estos canales es 16, 13 y 29, lo cual indica que los datos exceden las predicciones con una significancia de 3, 1,7 y 3 desviaciones estándar respectivamente. El número predicho de sucesos del SM y el observado están en perfecto acuerdo en todas las regiones de control y de validación, con lo que este exceso puede interpretarse como un indicio de Nueva Física o como una fluctuación estadística, necesitándose los datos del Run 2 del LHC para discernir entre ambas posibilidades.
Estos resultados se han interpretado en un modelo de Suersymetría GGM donde el gravitino es la LSP y un neutralino de tipo higgsino es la segunda partícula supersimétrica más ligera. Los límites de exclusión observados para estos modelos son menos restrictivos que los predichos debido al exceso de sucesos en los datos.
