A search for Supersymmetry in the compressed mass spectrum in events with three soft leptons and missing transverse momentum in the final state in the CMS experiment at the LHC

Abstract

The dissertation presents a search for Supersymmetry (SUSY) in models with compressed mass spectrum of the supersymmetric particles, which predict observable final states containing Standard Model (SM) particles of low transverse momentum and missing transverse energy (MET). The analysis focuses on final states with two or three leptons (electrons or muons), which have an overall lower background from SM processes comparing with hadronic final states predicted by these models. The main background in the examined leptonic final states originates from lepton misidentification, when either the lepton is not genuine (a hadron misidentified as a lepton) or it does not come from the primary interaction vertex where supersymmetric particles can be produced. Advanced techniques of estimating this background are applied in the dissertation, then the contributions are estimated from all SM processes producing the final states under consideration, and the estimates are compared with the experimental data based on the distributions of selected kinematic variables which are sensitive to supersymmetric particle decays. No contribution from such decays is observed in the comparison, therefore exclusion limits on the supersymmetric particle masses of the examined models are extracted using statistical inference.

Στην παρούσα διατριβή διερευνάται η ύπαρξη Υπερσυμμετρίας (SUSY) με μοντέλα συμπιεσμένου φάσματος μάζας μεταξύ των υπερσυμμετρικών σωματιδίων, τα οποία προβλέπουν παρατηρήσιμες τελικές καταστάσεις που περιλαμβάνουν σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου (SM) χαμηλής εγκάρσιας ορμής και εγκάρσια ελλείπουσα ενέργεια (MET). Η ανάλυση επικεντρώνεται σε τελικές καταστάσεις με δύο ή τρία λεπτόνια (ηλεκτρόνια ή μιόνια), οι οποίες έχουν συνολικά μικρότερο υπόβαθρο από διεργασίες του SM σε σύγκριση με τις αδρονικές τελικές καταστάσεις που προβλέπουν αυτά τα μοντέλα. Το κύριο υπόβαθρο στις λεπτονικές τελικές καταστάσεις που εξετάζονται προέρχεται από εσφαλμένη ταυτοποίηση λεπτονίων που είτε δεν είναι γνήσια (αδρόνια που έχουν κατά λάθος αναγνωριστεί ως λεπτόνια) είτε δεν προέρχονται από το σημείο κύριας αλληλεπίδρασης όπου μπορούν να παραχθούν υπερσυμμετρικά σωματίδια. Στη διατριβή εφαρμόζονται προωθημένες τεχνικές εκτίμησης αυτού του υπόβαθρου, εκτιμώνται οι συνεισφορές από όλες τις διεργασίες του SM που παράγουν τις διερευνώμενες τελικές καταστάσεις και οι εκτιμήσεις συγκρίνονται με τα δεδομένα του πειράματος με βάση επιλεγμένες κατανομές κινηματικών μεταβλητών ευαίσθητων σε διασπάσεις υπερσυμμετρικών σωματιδίων. Δεν παρατηρείται κατά τη σύγκριση κάποια συνεισφορά τέτοιων διασπάσεων, οπότε με στατιστική συμπερασματολογία εξάγονται όρια αποκλεισμού των εξεταζόμενων μοντέλων συναρτήσει των μαζών των υπερσυμμετρικών σωματιδίων.