Doubly Charged Higgs Signal with Same-Sign Tau-inclusive Dilepton Final States
(2018) FYSM60 20172Particle and nuclear physics
Department of Physics
- Abstract
- Abstract The current Standard Model of particle physics contains few interactions resulting in a final state with two leptons with the same charge. Any observation of an excess of such same-sign dileptons would be an indication of new physics processes, making it a useful channel when searching for exotic physics. This thesis presents three projects conducted within the ATLAS Same-Sign Dilepton group for extending their previous same-sign dilepton analysis to include \tau-leptons. Including the heaviest lepton in the analysis gives access to more statistics from the available data and allows probing of theories with mass-dependent lepton coupling to, for example, the doubly charged Higgs particle. To this end, Monte Carlo signal samples... (More)
- Abstract The current Standard Model of particle physics contains few interactions resulting in a final state with two leptons with the same charge. Any observation of an excess of such same-sign dileptons would be an indication of new physics processes, making it a useful channel when searching for exotic physics. This thesis presents three projects conducted within the ATLAS Same-Sign Dilepton group for extending their previous same-sign dilepton analysis to include \tau-leptons. Including the heaviest lepton in the analysis gives access to more statistics from the available data and allows probing of theories with mass-dependent lepton coupling to, for example, the doubly charged Higgs particle. To this end, Monte Carlo signal samples with pair production of doubly charged Higgs decaying into two same-sign dileptons was requested, and the resulting signal samples and the method for generating them will be presented. A filter able to generate a specific \tau-lepton final state in event generation was created, and validation of its function is shown. Finally, a small proof-of-concept study of \tau-lepton charge flip estimation using a data-driven likelihood method will be presented. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Människan har alltid försökt förklara de naturfenomen som vi omgivs av med olika tankesätt och teorier.
Den bästa nuvarande beskrivningen av universum kallas Standardmodellen, och är en beskrivning av
världens fundamentala byggstenar och hur de interagerar med varandra. Även om Standardmodellen
ofta fungerar oroväckande bra finns det många fenomen i vårt universum den inte kan förutsäga. Detta
inkluderar stora frågor som varför det finns mörk materia och mörk energi, till mindre frågor som
varför de små, spöklika neutrino-partiklarna har massa.
För att söka svaret på alla dessa frågor så kollideras protoner som accelereras till ofattbara hastigheter
vid The Large Hadron Collider (LHC) i Geneve. Dessa kollisioner ger upphov till en... (More) - Människan har alltid försökt förklara de naturfenomen som vi omgivs av med olika tankesätt och teorier.
Den bästa nuvarande beskrivningen av universum kallas Standardmodellen, och är en beskrivning av
världens fundamentala byggstenar och hur de interagerar med varandra. Även om Standardmodellen
ofta fungerar oroväckande bra finns det många fenomen i vårt universum den inte kan förutsäga. Detta
inkluderar stora frågor som varför det finns mörk materia och mörk energi, till mindre frågor som
varför de små, spöklika neutrino-partiklarna har massa.
För att söka svaret på alla dessa frågor så kollideras protoner som accelereras till ofattbara hastigheter
vid The Large Hadron Collider (LHC) i Geneve. Dessa kollisioner ger upphov till en explosion av
nyskapade partiklar vars rörelsebana och energi spåras av bland annat partikeldetektorn ATLAS.
Den enorma mängd data som samlas varje sekund kan sedan analyseras av forskarlag världen över.
Ofta kan resultatet förutsägas med stor precision och det man därmed söker efter är spår av att
Standardmodellen har fel, då det innebär att en ny teori behövs för att förklara det som observerats.
Ett exempel är när man såg oväntat många grupperingar av partiklar med en viss specifik energi år
2012: Detta visade sig bero på den eftersökta Higgspartikeln som då kunde anses funnen.
För att lösa Standardmodellens sista gåtor behöver man dock inte bara analysera den data som samlas
av ATLAS, utan man måste även veta vad man ska leta efter. Ett vanligt tillvägagångssätt är att an-
vända våra nuvarande teorier för att skapa simulerade partikelinteraktioner som innehåller information
om den nya fysik man letar efter. Genom att studera dessa simulationer går det att se hur exempelvis
en ny typ av Higgs-partikel skulle observeras av ATLAS-detektorn om den skulle finnas. Ofta ger ny
fysik upphov till att en specifik signatur av partiklar skapas, och en analys kan då fokusera på att
försöka observera just den signaturen.
Under detta mastersarbete har simulationer av Higgs-partiklar med elektrisk laddning skapats. Dessa
kan enligt vissa modeller falla sönder till leptoner, vilket inkluderar den välkända elektroner men
också den större muonen och den kortlivade τ -leptonen. Enligt standardmodellen förväntas inte många
leptoner-par med samma laddning skapas, så om det observeras i ATLAS-detektorn kan det indikera
att det existerar laddade Higgspartiklar. En sådan indikation kan i sin tur leda vägen till att bevisa
mer intrikata teorier som bland annat förväntas ge svar på frågan kring neutrinons massa. Speciellt
viktiga kan τ -leptonen vara då vissa teorier förutsäger att laddade Higgspartiklar föredra att producera
just dessa. Genom att studera hur τ -leptonerna beter sig i den simulerade data som skapats kan detta
sökande underlättas, vilket i sin tur gör det möjligt att besvara några av de stora frågetecknen som
fortfarande kvarstår om vårt universum. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8958257
- author
- Arnling Bååth, Simon LU
- supervisor
-
- Else Lytken LU
- organization
- course
- FYSM60 20172
- year
- 2018
- type
- H1 - Master's Degree (One Year)
- subject
- keywords
- ATLAS, same-sign, dilepton, higgs, LHC, signal sample
- language
- English
- id
- 8958257
- date added to LUP
- 2018-09-18 14:41:39
- date last changed
- 2018-09-18 14:41:39
@misc{8958257,
abstract = {{Abstract The current Standard Model of particle physics contains few interactions resulting in a final state with two leptons with the same charge. Any observation of an excess of such same-sign dileptons would be an indication of new physics processes, making it a useful channel when searching for exotic physics. This thesis presents three projects conducted within the ATLAS Same-Sign Dilepton group for extending their previous same-sign dilepton analysis to include \tau-leptons. Including the heaviest lepton in the analysis gives access to more statistics from the available data and allows probing of theories with mass-dependent lepton coupling to, for example, the doubly charged Higgs particle. To this end, Monte Carlo signal samples with pair production of doubly charged Higgs decaying into two same-sign dileptons was requested, and the resulting signal samples and the method for generating them will be presented. A filter able to generate a specific \tau-lepton final state in event generation was created, and validation of its function is shown. Finally, a small proof-of-concept study of \tau-lepton charge flip estimation using a data-driven likelihood method will be presented.}},
author = {{Arnling Bååth, Simon}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Doubly Charged Higgs Signal with Same-Sign Tau-inclusive Dilepton Final States}},
year = {{2018}},
}