Busca por Sinais de nova Física no Experimento CMS do LHC

Aluno: Breno Orzari

Orientador: Thiago R. F. P. Tomei

T Ó P I C O S A V A N Ç A D O S E M T R ATA M E N T O E S TAT Í S T I C O D E D A D O S E M F Í S I C A E X P E R I M E N TA L

Sumário • Modelo Padrão das Partículas Elementares; • Colisões pp no CMS;

• O que o Modelo Padrão não prevê; • Uma das questões em aberto: o que (não) sabemos sobre Matéria Escura?; • Diversas tentativas de solução;

• O modelo dark Higgs; • Lagrangeana e Parâmetros; • Sinal no CMS; • Background;

• Simulações; • Seleção de eventos;

• Proposta; • Referências Bibliográficas. 2

Modelo Padrão das Partículas Elementares

3 Fonte: Retirado de https://en.wikipedia.org/wiki/Standard_Model

(30/03/2019)

Colisões pp no CMS

• Atualmente a energia de centro de massa é de 13 TeV;

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Colisões pp no CMS

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O que o Modelo Padrão não prevê

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Uma das questões em aberto: o que (não) sabemos sobre Matéria Escura?

• É estável em escalas de tempo cosmológicas;

• Não possui carga elétrica (significativa);

• Interage gravitacionalmente com a máteria usual;

• Compõe aproximadamente 80% de toda matéria do universo;

• Produz efeitos observáveis em várias escalas distintas. 7

Uma das questões em aberto: o que (não) sabemos sobre Matéria Escura?

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Diversas tentativas de solução

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O modelo dark Higgs

• Assume que no setor escuro existam 3 novas partículas;

• Um bóson vetorial muito massivo Z';

• Um férmion, que seria a matéria escura existente no universo;

• Um bóson escalar, o dark Higgs, que desempenha um papel semelhante

ao bóson de Higgs do Modelo Padrão.

• Assume que Z' interage com os quarks usuais;

• Assume que o dark Higgs se "mistura" com o bóson de Higgs. 10

Lagrangeana e Parâmetros

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• Massa do bóson vetorial;

• Massa da matéria escura;

• Massa do bóson escalar;

• Acoplamentos;

Sinal no CMS

• Jatos vindos de quarks bottom;

• Energia transversa faltante (ou

MET);

• Dependendo da magnitude da

MET, é possível observar apenas

um jato grande com subestrutura.

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Background

• O background é composto de 4 processos principais (mais

relevantes):

• Z + bb;

• W + bb;

• Diboson;

• tt.

• Possui diversas fontes de incertezas; 13

Simulações

• As simulações de sinal e background são feitas em 3 etapas:

• Simulação do processo "duro":

• MadGraph;

• Hadronização e formação de jatos:

• Pythia;

• Simulação do detector:

• Delphes;

• É possível criar uma interface entre os 3 no ambiente do MadGraph; 14

Seleção de eventos

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Proposta

• Determinar e correlacionar as incertezas existentes nas

simulações do sinal e do background;

• Obter a significância do sinal e caracterizar uma possível busca

pelo dark Higgs no CMS como sendo viável ou inviável.

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Referências Bibliográficas • Pôster "Partículas Elementares e Modelo Padrão" retirado de:

https://sprace.org.br/index.php/education-outreach/estrutura-elementar-da-materia-um-cartaz-em-cada-escola/ (acesso em 30/03/2019);

• Imagens do CMS retiradas de: https://sprace.org.br/index.php/education-outreach/masterclass/masterclass-2019/ (acesso em 30/03/2019);

• Imagem da velocidade de rotação das galáxias retirada de: https://en.wikipedia.org/wiki/Galaxy_rotation_curve#cite_note-1 (acesso em 30/03/2019);

• Imagem da CMB retirada de: https://www.esa.int/spaceinimages/Images/2013/03/Planck_CMB (acesso em 30/03/2019);

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Referências Bibliográficas

• Imagem do Bullet Cluster retirada de: arXiv:astro-ph/0608407v1;

• Imagem do efeito das lentes gravitacionais retirada de: https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_575.html (acesso em 30/03/2019);

• Imagem dos modelos de matéria escura retirada de: arXiv:1506.03116 [hep-ph];

• Informações sobre o modelo do dark Higgs: arXiv:1701.08780v2;

• Madgraph: arXiv:1405.0301 [hep-ph];

• Pythia: arXiv:1410.3012 [hep-ph];

• Delphes: arXiv:1307.6346 [hep-ex]; 18

Agradecimentos

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