Search for supersymmetry in events with a single lepton, jets and missing transverse energy with the CMS detector at LHC

Abstract

This thesis presents searches for supersymmetry in the single-lepton final state, in proton-proton collisions at center of mass energies of 7 and 8 TeV, recorded by the CMS experiment at the LHC (CERN). The searches are motivated by supersymmetric models involving strong-production processes leading to large cascades of supersymetric particles. The single-lepton signature, accompanied with multiple jets and MET, provides a clean signature in the hadronic environment of the LHC, while preserves large branching fraction for most of the supersymmetric models. No statistically significant deviations from the yields expected by the standard model are observed. Therefore, the results are interpreted in the context of various supersymmetric models with a pair production of gluinos, tightening the current limits on the mass of the gluino and the neutralino.

Το αντικείμενο της διατριβής είναι η αναζήτηση υπερσυμμετρικών σωματιδίων σε συγκρούσεις πρωτονίων σε συνολική ενέργεια σύγκρουσης 7 και 8 TeV. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν με το πείραμα Compact Muon Solenoid (CMS) κατά τη πρώτη περίοδο λειτουργίας (2010-2012) του επιταχυντή Large Hadron Collider (LHC), αντιστοιχούν σε ολοκληρωμένη φωτεινότητα (integrated luminosity) 4.98 fb-1 και 19.3 fb-1, αντίστοιχα. Η μελέτη εστιάζεται στα κανάλια διάσπασης των υπερσυμμετρικών σωματιδίων που οδηγούν στην παραγωγή γεγονότων με ένα απομονωμένο, ενεργητικό, φορτισμένο λεπτόνιο. Η συγκεκριμένη υπογραφή προσφέρει ένα αξιόπιστο κανάλι παρατήρησης στο αδρονικό περιβάλλον του LHC, διατηρώντας παράλληλα υψηλό κλάσμα διακλάδωσης (branching fraction). Η πρώτη ανάλυση, που αφορά δεδομένα από συγκρούσεις στα 7 TeV, εστιάζεται στην αναζήτηση της υπερσυμμετρίας σε γενικές (inclusive) διαδικασίες. Η δεύτερη ανάλυση, βασισμένη στα δεδομένα των 8 TeV, σχεδιάστηκε για την ανίχνευση υπερσυμμετρικών top squark από την παραγωγή gluinos, , και την ακόλουθη διάσπασή τους μέσω της διαδικασίας . Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν στα 7 και 8 TeV αντιστοιχούν σε ολοκληρωμένη φωτεινότητα (integrated luminosity) 4.98 fb-1 και 19.3 fb-1, αντιστοίχα. Και οι δύο αναλύσεις δείχνουν πλήρη συμφωνία των δεδομένων, τόσο των παρατηρούμενων αριθμών γεγονότων όσο και των χαρακτηριστικών τους, με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου σε όλες στις περιοχές αναζήτησης. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό κατωτάτων ορίων στις μάζες των υπερσυμμετρικών σωματιδίων. Τέλος, γίνεται μελέτη της παρατηρησιμότητας της διαδικασίας σε μελλοντικές συγκρούσεις πρωτονίων στον LHC σε ολική ενέργεια 14 TeV, δινοντας έμφαση στην επίδραση των διαφορετικών συνθηκών λήψης και των διαφορετικών αναβαθμίσεων του CMS, στην αποδοτικότητα της ανακατασκευής των φυσικών αντικειμένων και στην ευαισθησία (sensitivity) της έρευνας.