Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Study of Kinematic Variables in Multi-Lepton Final States in search for an Exotic Higgs Boson

Gallén, Axel LU (2021) FYSK02 20211
Particle Physics
Department of Physics
Abstract
The Large Hadron Collider in Geneva was constructed as a discovery machine. So far, the Higgs boson has been the only discovery at the Large Hadron Collider, but physicists keep on pushing the limit in order to discover new particles. With the two major runs at the Large Hadron Collider showing some alluring surpluses of activity in multi-lepton final states, beyond the Standard Model theories are being explored in order to try to explain these excesses. One of the most prominent beyond the Standard Model theories consistent with these excesses is the 2HDM(+S) model. This theory postulates a new heavy Higgs boson $H$, decaying into the Standard Model Higgs boson $h$ and a singlet scalar $S$. This thesis investigates the decay products of... (More)
The Large Hadron Collider in Geneva was constructed as a discovery machine. So far, the Higgs boson has been the only discovery at the Large Hadron Collider, but physicists keep on pushing the limit in order to discover new particles. With the two major runs at the Large Hadron Collider showing some alluring surpluses of activity in multi-lepton final states, beyond the Standard Model theories are being explored in order to try to explain these excesses. One of the most prominent beyond the Standard Model theories consistent with these excesses is the 2HDM(+S) model. This theory postulates a new heavy Higgs boson $H$, decaying into the Standard Model Higgs boson $h$ and a singlet scalar $S$. This thesis investigates the decay products of $S$, which are different flavour leptons of opposite sign $\ell^{\pm}\ell^{\mp}$, by studying kinematic variables in three well-defined regions at different mass points of $H$ and $S$ with a fixed Standard Model Higgs mass of $m_h = \SI{125}{GeV}$. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Den fysiska teori vars uppdrag är att sammanbinda universums mest grundläggande byggstenar är kallad Standardmodellen. Med upptäckten av Higgs bosonen vid partikelacceleratorn Large Hadron Collider, LHC, 2012 så har partikelfysiker ansett standardmodellen som komplett, bortsett från några få men tydliga brister. Potentiella förklaringar på dessa brister läggs under en fysisk kategori med namnet “bortom Standardmodellen”, och det är under denna kategori som denna avhandling tar plats.
Uppdraget som LHC har är att kollidera protoner med varandra vid hastigheter nära ljusets och därmed abnormt höga energier. Resultaten av dessa kollisioner slutar vanligtvis i ett hav av olika partiklar i alla möjliga riktningar och med alla möjliga... (More)
Den fysiska teori vars uppdrag är att sammanbinda universums mest grundläggande byggstenar är kallad Standardmodellen. Med upptäckten av Higgs bosonen vid partikelacceleratorn Large Hadron Collider, LHC, 2012 så har partikelfysiker ansett standardmodellen som komplett, bortsett från några få men tydliga brister. Potentiella förklaringar på dessa brister läggs under en fysisk kategori med namnet “bortom Standardmodellen”, och det är under denna kategori som denna avhandling tar plats.
Uppdraget som LHC har är att kollidera protoner med varandra vid hastigheter nära ljusets och därmed abnormt höga energier. Resultaten av dessa kollisioner slutar vanligtvis i ett hav av olika partiklar i alla möjliga riktningar och med alla möjliga hastigheter och energier. För att ha möjligheten att spåra dessa partiklar så har fyra stycken detektorer med olika inriktningar placerats kring LHCs fyra kollisionspunkter. En av dessa detektorer är ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) detektorn.
När protonerna har kolliderat och dess beståndsdelar antingen sönderfallit till stabila stadier eller skapat nya partiklar, på grund av energin, som sedan sönderfallit till stabila stadier har ATLAS detektorn möjligheten att spåra och kartlägga kollisionen med otrolig precision. Vid kartläggningen av dessa kollisioner har avvikelser upptäckts i de slutgiltiga partikel stadierna. Det är dessa avvikelser som denna avhandling strävar efter att hitta ett svar på med hjälp av data från LHCs senaste driftperiod som tog plats mellan 2015 och 2018.
En “bortom Standardmodellen” modell som har möjligheten att lösa detta problem ̈ar en modell som postulerar två nya partiklar relaterade till Higgs bosonen. En av dessa partiklar är en tyngre Higgs boson, och den andra är en skalär partikel som liknar Standardmodellens Higgs boson. Jakten på dessa två partiklar börjar i slutet av partiklarnas resa genom detektorerna, så arbetet handlar om att försöka spåra de nya partiklarnas restprodukter till dem. Olyckligtvis tar jakten plats i en region där bakgrunden är kolossal. Detta leder till att arbetet blir grovt beroende av bakgrunds modellering samt att man måste välja de variabler man undersöker väl. I detta fall är det valet av variabler som man kollar närmre på.
Resultatet av denna avhandling är kortfattat att fler studier behöver utföras för att kunna fastställa något konkret kring denna postulerade teori. Variablerna valda var relativt få, men väl utvalda utifrån tidigare studier, och detta har lett till resultat kring potentiellt l ̈attare nya partiklar som kan påvisa sig vara relevanta i framtiden. Ytterligare slutsatser som dragits är att bakgrunds modelleringen kan bli bättre i dessa regioner samt att vissa variabler definitivt visat sig vara mer relevanta än andra. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Gallén, Axel LU
supervisor
organization
course
FYSK02 20211
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
LHC, ATLAS, CERN, Standard Model, Higgs boson, Exotic Higgs boson, Kinematic variables
language
English
id
9052439
date added to LUP
2021-06-11 09:26:11
date last changed
2021-06-11 09:26:11
@misc{9052439,
  abstract     = {{The Large Hadron Collider in Geneva was constructed as a discovery machine. So far, the Higgs boson has been the only discovery at the Large Hadron Collider, but physicists keep on pushing the limit in order to discover new particles. With the two major runs at the Large Hadron Collider showing some alluring surpluses of activity in multi-lepton final states, beyond the Standard Model theories are being explored in order to try to explain these excesses. One of the most prominent beyond the Standard Model theories consistent with these excesses is the 2HDM(+S) model. This theory postulates a new heavy Higgs boson $H$, decaying into the Standard Model Higgs boson $h$ and a singlet scalar $S$. This thesis investigates the decay products of $S$, which are different flavour leptons of opposite sign $\ell^{\pm}\ell^{\mp}$, by studying kinematic variables in three well-defined regions at different mass points of $H$ and $S$ with a fixed Standard Model Higgs mass of $m_h = \SI{125}{GeV}$.}},
  author       = {{Gallén, Axel}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Study of Kinematic Variables in Multi-Lepton Final States in search for an Exotic Higgs Boson}},
  year         = {{2021}},
}