Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Disciplina: | fisica |
| Título: | Fenomenología del quark top en la búsqueda de nueva física |
| Título alternativo: | Top quark phenomenology in the search for new physics |
| Autor: | Coluccio Leskow, Estefanía |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Publicación en la Web: | 2015-12-04 |
| Fecha de defensa: | 2015-07-16 |
| Fecha en portada: | 2015 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas |
| Director: | Alvarez, Ezequiel |
| Consejero: | Lombardo, Fernando |
| Jurado: | Otero y Garzón, Gustavo; García Canal, Carlos; Sánchez, Federico |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | NUEVA FISICA; QUARK TOP; TEVATRON; LHCNEW PHYSICS; TOP QUARK; TEVATRON; LHC |
| Tema: | física/física de partículas
|
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5810_ColuccioLeskow |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n5810_ColuccioLeskow.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n5810_ColuccioLeskow |
| Ubicación: | Dep.FIS 005810 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Coluccio Leskow, Estefanía. (2015). Fenomenología del quark top en la búsqueda de nueva física. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5810_ColuccioLeskow |
Resumen:
El quark top fue descubierto en 1995 en el colisionador Tevatron de p¯p, en Fermilab. Es la partícula elemental más masiva que se conoce. El alto valor de su masa,significativamente por encima de la de los demás fermiones, y el de su acoplamientoal bosón de Higgs, sugieren que podría jugar un papel muy importante en el mecanismode ruptura de simetría electrodébil. Sin embargo, su fenomenología no ha sidoexplorada completamente, dejando abierta la posibilidad de una potencial conexióncon nueva física (NP del inglés New Physics). Si bien el Modelo Estándar (SM, del inglés Standard Model) explica prácticamentetodos los resultados experimentales de colisionadores de manera notablemente exitosa,no puede ser considerado una teoría completa. El SM no puede explicar, entreotras cosas, las observaciones que indican presencia de materia oscura, la asimetríamateria-antimateria del universo actual y el mecanismo de generación de masa de losneutrinos. Además, el SM no incorpora la gravedad ya que no se ha descubierto aúnla manera de hacerlo en el marco de la mecánica cuántica y presenta un problema denaturalidad relacionado con la escala de ruptura electrodébil y la escala de Planck. Esto ha motivado que en una gran cantidad de extensiones del SM se espere NP apartir de la escala del TeV. Muchas de estas extensiones incorporan interacciones concorrientes neutras de cambio de sabor (FCNCs del inglés Flavour Changing Neutral Currents), con materia oscura (DM, del inglés Dark Matter), y con nuevos quarksvectoriales pesados. En este trabajo investigamos la fenomenología del quark top enla búsqueda de nueva física, en escenarios más allá del SM que introducen este tipo deinteracciones y las usamos para abarcar distintas anomalías experimentales y hacerpredicciones para intentar trazar el camino hacia su resolución. Uno de los resultados que están en desacuerdo con el SM es la asimetría forwardbackward medida en el Tevatron. La asimetría de carga por el contrario, medida en el Gran Colisionador Hadrónico, (LHC del inglés Large Hadron Collider), no presentadiscrepancia con la predicción teórica. Motivados por conciliar el aparente conflictoentre ambas mediciones, proponemos un modelo con un bosón de gauge Z0 que interactúamediante FCNCs y estudiamos su fenomenología en ambos aceleradores departículas. El modelo Z´ introducido arriba, predice la existencia de la señal de monotop,que consiste en un quark top en asociación con una cantidad considerable de energíatransversa faltante. Esta señal es una característica de varios modelos de NP,mientras que en el SM se encuentra suprimida. La producción de monotop se puedeinvestigar mediante dos modos no correlacionados dependiendo del decaimiento delquark top: el modo hadrónico y el leptónico. El modo hadrónico ha sido estudiado conanterioridad, en este trabajo exploramos el modo leptónico que goza de la ventaja deser considerablemente más limpio que el hadrónico. Así, estudiamos la producción ydetección de monotops leptónicos en el LHC no sólo en el modelo Z0, sino tambiénen otros dos escenarios que también presentan FCNCs. Por último, investigamos un modelo motivado por el problema de jerarquía del SM, en el cual el SM se extiende con operadores efectivos que parametrizan física auna escala de alta energía. Ampliamos el sector de Yukawa con un quark pesado de tipovectorial, singlete del grupo de gauge de SU(2), que se mezcla predominantementecon el quark top del SM, y el sector escalar con un triplete escalar real. Encontramosque en este modelo el quark vectorial pesado tiene nuevos modos de decaimiento queno han sido considerados previamente en la literatura, algunos de ellos conducen aseñales con una alta multiplicidad de quarks top. Palabras clave: Nueva Física, quark top, Tevatron, LHC.
Abstract:
The top quark was discovered in 1995 at the Tevatron p¯p collider, in Fermilab. Itis the most massive known elementary particle. Its large mass, significantly above allof the other fermion masses, and its large coupling to the Higgs boson, suggest thatit may play a very important role in the electroweak symmetry breaking mechanism. However, its phenomenology has not being explored to its enterity, thus, leavingopened the possibility of a potential connection to New Physics (NP). The Standard Model (SM) explains sucessfully almost all the collider experimentalresults to date, yet it cannot be considered a complete theory. The SM cannotexplain, among other things, observations that suggest the presence of dark matter (DM), the matter-antimatter asymmetry in the present-day universe and the mechanismfor neutrino mass generation. Furthermore, the SM does not incorporate gravity,since a proper treatment within the framework of quantum field theory has not beendiscovered yet and presents a a naturalness problem related to the electroweak symmetrybreaking scale and the Planck scale. This is why within many extensions of the SM, NP is expected to arise at the TeV scale. Many of these extensions these daysintroduce interactions with flavor changing neutral currents (FCNCs), with DM, andwith new vector like heavy quarks. In this work, we investigate the phenomenology ofthe top quark in the search for NP, within scenarios beyond the SM that incorporatethese types of interactions and we use them to address various experimental anomaliesand make predictions that would lay the path for future experimental works. One of the experimental results that disagrees with the SM prediction, is the forwardbackward asymmetry measured at the Tevatron. The charge asymmetry on thecontrary, measured at the Large Hadron Collider (LHC), does not present a discrepancywith the theoretical prediction. With the aim to conciliate this apparent conflictbetween the two measurements, we propose a model with a new Z0 gauge boson thatinteracts via FCNCs, and study its phenomenolgy in both particle accelerators. The Z´-model introduced above, predicts the existence of a monotop signal, thatconsists in a top quark in association with large amounts of missing transverse energy. This signal is a feature of several NP models while it is suppressed in the SM. Monotopproduction can be probe in two independent modes depending on the top decay:the hadronic and leptonic modes. The hadronic mode has been previously studied,therefore in this work we explore the leptonic one which has the advantage of beingconsiderably cleaner than the hadronic one. We study the production and detectionof leptonic monotops at the LHC, not only in the Z0-model, but in two other scenariosthat also predict FCNCs. Last but not least, we investigate a model motivated by the hierarchy problem ofthe SM, where the SM is extended with effective operators that parametrize physicsat a high energy scale. We enlarge the Yukawa sector with a heavy vector-like quark,singlet under the SU(2) gauge group and mixing predominantly with the SM topquark, and the scalar sector with a real scalar triplet. We find within this model thatthe heavy vector-like quark has additional decay modes not considered previously inthe literature, some which lead to signals with a large multiplicity of top quarks. Key words: New Physics, top quark, Tevatron, LHC.
Citación:
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Coluccio Leskow, Estefanía. (2015). Fenomenología del quark top en la búsqueda de nueva física. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5810_ColuccioLeskow
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Coluccio Leskow, Estefanía. "Fenomenología del quark top en la búsqueda de nueva física". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2015.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5810_ColuccioLeskow
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