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Tesis > TEMA

Física [ 418 tesis ]

Física de Altas Energías [ 6 tesis ]

Sorin, María Verónica. "Medición de la distribución del Thrust Transverso de dos jets en colisiones protón-antiprotón" (2003) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Esta Tesis presenta la primera medición en un colisionador de hadrones de una variable de forma, el thrust transverso de dos jets Tt2,una variable relacionada con la distribución de jets en el plano transverso al de los haces colisionantes. Tt2 se calcula a partir de los dos jets más energéticos del evento, y toma valores entre Tt2 = 1, para el caso de dos jets en una misma dirección y sentidos opuestos, y Tt2 = √2/2 para dos jets de igual energía formando un ángulo de 90°. La medición se realizó con datos tomados en el Tevatron, el colisionador pṗ del Laboratorio Fermilab. La sección eficaz se presenta tanto en función de 1 — Tt2 como de log(1 — Tt2), que enfatiza la región de alta estadística cuando Tt2→1, para cuatro rangos de energía total del evento. Los resultados están en buen acuerdo con las predicciones de QCD perturbativo a orden O(α33), excepto a alto Tt2, donde se espera que la correcciones por resumación sean importantes, y por debajo de Tt2≈√3/2, donde la contribución de primer orden corresponde a diagramas O(α43). Los datos muestran asimismo un muy buen acuerdo con un recientemente publicado generador de tres jets a orden siguiente al dominante (NLO), que cubre todo el rango de la variable Tt2, excepto el caso extremo cuando Tt2=1. Palabras claves: Cromodinámica Cuántica, Algoritmo k┴ , Variables de forma

Abstract:
This dissertation presents the first measurement in a hadron collider of an event shape variable, the Dijet Transverse Thrust Tt2, which is sensitive to the spatial jet distribution on the plane perpendicular to the colliding pṗ beams. Tt2 is calculated with the two most energetic jets reconstructed with the k┴ algorithm, and it ranges from Tt2 = 1, for a pencil-like configuration, to Tt2 = √2/2/2, for two equal energy jets at 90°. The measurement is based on 87.3 pb(-1) of data collected with the DG detector at the Fermilab Tevatron pṗ Collider. The cross section is reported as a function of 1 — Tt2 and log(1 — Tt2), which enhances the high statistics Tt2→1 region, and presented for four separate event energy ranges. The measurement is in good agreement with a fixed-order O(α33) perturbative QCD prediction, except at high Tt2, where resummation corrections are expected to be important, and below Tt2≈√3/2, where the leading order diagrams contributíng to Tt2 are O(α43). The data also show a very good level of agreement with a recent Next-to-Leading pQCD three jet generator which covers the full Tt2 range, except for the Tt=1 point. Keywords: Quantum chromodynamics, k┴ algorithm, Event Shapes.

Kaufman Bernadó, María Marina. "Emisión de rayos gamma en microcuásares" (2004) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Los microcuásares son sistemas de binarias de rayos x que pueden generar jets relativistas y que fueron descubiertos en nuestra Galaxia en la última década del sigle XX. Su nombre indica que junto con los cuásares son manifestaciones de la misma física pero en una escala muy diferente. Paralelamente a este descubrimiento, el instrumento EGRET a bordo del Observatorio Compton de Rayos Gamma, detectó 271 fuentes puntuales de rayos gamma de las cuales 170 no pudieron ser claramente identificadas con ningún objeto conocido. Esto marcó el comienzo del estudio de poblaciones de rayos gamma en nuestra Galaxia. En esta tesis se presentan modelos para la producción de rayos gamma en microcuáceres, con el objetivo de mostrar que pueden ser responsables de algunos subgrupos de fuentes EGRET no identificadas. Estos modelos son desarrollados para una variedad de escenarios posibles tomando en cuenta distintas combinaciones, i.e. agujeros negros o estrellas de neutrones como el objeto compacto, estrellas compañeras de baja y alta masa, así como también procesos de producción de rayos gamma leptónicos o hadrónicos. Los modelos de emisión de rayos gamma en microcuásares aquí presentados, pueden ser usados para explicar también obsrvaciones en fuentes conocidas detectadas en rangos de energías diferentes que las de EGRET. Se incluye al final, una situación de producción de rayos gamma alternativa en objetos compactos que no involucra a los microcuásares, estudiándose una fuente EGRET no identificada en particular, a la que proponemos como asociada a un pulsar magnetizado con acreción.

Abstract:
Microquasars, X-ray binary systems that can generate relativistic jets, were discovered in our Galaxy in the last decade of the XXth century. Their name indicates that they are manifestations of the same physics as but on a completely different scale. Parallel to this discovery, the EGRET instrument on board of the Compton Gamma Ray Observatory, detected 271 points like gamma-ray sources from which 170 were not clearly identified with known objects. This marked the beginning of gamma-ray source population studies in our Galaxy. We present in this thesis models for gamma-ray production in microquasars with the aim to propose them as possible parent populations for different groups of EGRET unidentified sources. These models are developed for a variety of scenarios taking into account several possible combinations, i.e. black holes or neutron stars as the compact object, low mass or high mass stellar companion, as well as leptonic or hadronic gamma-ray production processes. We also show that the presented models for gamma-rays emitting microquasars can be used to explain observations from well known sources that are detected in energy ranges other than EGRET´s. Finally, we include an alternative gamma-ray producing situation that does not involve microquasars but a specific unidentified EGRET source possibly linked to a magnetized accreting pulsar.

Sidelnik, Iván Pedro. "Estudio de rayos cósmicos de muy alta energía con AMIGA, una extensión del Observatorio Pierre Auger: detectores de superficie y contadores de muones para estudiar la composición, dirección de arribo y espectro de los rayos cósmicos" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Los rayos cósmicos son partículas que llegan a nuestro planeta desde el espacio exterior, con energías comprendidas entre 109 eV y 1020 eV, siendo los más energéticos un gran enigma, ya que no conocemos cuales son sus fuentes, su composición química ni cómo son acelerados. El Observatorio Pierre Auger (PAO) fue dise~nado y construido para estudiar los rayos cósmicos a energías mayores de 1018 eV. El mismo se encuentra en la zona de Pampa Amarilla, próximo a la ciudad de Malargüe, en la provincia de Mendoza. Su tamaño gigante de aproximadamente 3000 km2 y el concepto híbrido de detección, proporcionado por detectores de superficie y de fluorescencia atmosférica, confieren al PAO capacidad suficiente para evaluar el espectro de energía, direcciones de arribo y composición química de los rayos cósmicos. Estos observables son los más importantes y el PAO los mide con altísima resolución y una estadística sin precedentes, utilizando las lluvias atmosféricas extensas que estos generan cuando ingresan a la atmósfera. Para bajar la energía umbral de detección del PAO a valores de 1017 eV, distintas extensiones fueron elaboradas en los últimos años. Uno de estos proyectos es Auger Muons and Infill for the Ground Array (AMIGA), que reduce la energía de detección en una década respecto a la energía original del PAO, posibilitando estudios en la región del espectro donde se cree encontrar una transición en el origen de los rayos cósmicos desde fuentes galácticas a extra galácticas. AMIGA posee dos tipos de detectores: por un lado detectores de superficie con separación de 750 m, menor que la del PAO de 1500 m, generando una región más densa de detectores denominada infill. Por otro lado contadores de muones que funcionan con la técnica de centelleo, que comenzaron a instalarse junto al arreglo denso de detectores, con el objetivo de determinar la composición química de los rayos cósmicos a partir del contenido muónico de las lluvias. Esta tesis esta abocada al estudio de los detectores y la física que posibilita AMIGA. La primer parte de la tesis esta dedicada al estudio de los contadores de muones de AMIGA. Se presenta la caracterización del primer prototipo del contador, a partir de la cual se entendió el funcionamiento del contador en condiciones de laboratorio y en el campo. Estos resultados fueron de suma importancia para establecer los parámetros finales de diseño del contador. También se detallan las tareas realizadas en la etapa de construcción e instalación de los primeros contadores de muones, indicando los primeros resultados que fueron obtenidos por estos detectores. Posteriormente se estudió la respuesta de los detectores de superficie utilizando la configuración infill y la original del PAO. Esta tarea fue realizada utilizando los primeros datos registrados por el infill, junto a la previa modificación de la reconstrucción estándar de eventos de superficie para considerar el caso en que los detectores se encuentran ubicados a menor distancia. Se caracterizó el infill para comprender su funcionamiento dentro de la estructura del detector de superficie del PAO, estudiando sus incertezas y comparándolas con las del arreglo principal. Luego se modificó la cadena de reconstrucción de eventos para el detector de superficie del PAO de forma tal de reconstruir los eventos del infill con el programa oficial Auger Offline Software. Para esto se determinó la distancia óptima que minimiza las incertezas de la reconstrucción y se optimizó la función de distribución lateral que mejor ajusta las se~nales de las estaciones que participan en cada evento. Se determinó el ángulo de referencia y la curva de atenuación con el método del Constant Intensity Cut, a fin de establecer el mejor estimador para la energía de los eventos del infill. Luego se realizó la calibración en energía del infill utilizando los eventos híbridos que fueron registrados por el detector de fluorescencia. Finalmente utilizando esta reconstrucción se determinó el espectro de energía de los rayos cósmicos en la zona donde el arreglo tiene máxima eficiencia de detección (2 x 1017 eV) y se obtuvo un índice espectral, cuyo resultado es compatible con el proporcionado por el PAO y otros experimentos que exploran las mismas regiones de energía. Por otro lado no se observó la presencia de una segunda rodilla en la zona del espectro explorada. En la última parte de esta tesis se presenta un estudio detallado de las anisotropías a gran escala con el método East-West utilizando eventos del infill. En el rango de energías explorado, entre 1016 eV y 1019 eV, no se observó una señal significativa que indique anisotropías, sin embargo se encontró una constancia en la fase del primer armónico en ascensión recta que sugiere fuertemente una orientación del dipolo en la dirección del Centro Galáctico.

Abstract:
Cosmic rays are particles that arrive at Earth from outer space with energies that span from 109 eV to 1020 eV, being the most energetic an enigma because of the lack of knowledge of their sources, chemical composition, or the acceleration mechanism. The Pierre Auger Observatory (PAO) was designed and built to study cosmic rays with energy larger than 1018 eV. It is located in the region of Pampa Amarilla, next to Malargue, Mendoza. Its giant size of 3000 km2 and the hybrid concept given by the surface and uorescence detectors, gives to the PAO the capacity to evaluate the energy spectrum, arrival direction and chemical composition of cosmic rays. These observables are the most important to characterize cosmic rays and the PAO measures them with high resolution and a very large statistics using the extended air showers that are generated when they enter in to the atmosphere. To lower the energy threshold of detection to values of 1017 eV different enhancements started in the latests years. One of those is Auger Muons and Infill for the Ground Array (AMIGA), that reduce the detection energy in one decade giving the chance to study the region in the energy spectrum where it can occur the transition from galactic to extra galactic cosmic ray sources. AMIGA is composed by two kind of detectors: on one hand surface detectors with a separation of 750 m, less than the PAO of 1500 m, generating a small and denser region called infill. On the other hand muon counters that work with the scintillator technique, that are being installed next to the denser surface array with the purpose of determine the chemical composition of cosmic rays trough the detection of the muonic content of the shower. This thesis is dedicated to the study of the detectors and the physics attained by AMIGA. The first part of this thesis shows a study of the AMIGA muon counter prototypes. A characterization of the first counter prototype is presented from which the performance of the detector in laboratory conditions and in the field was understood. This results were of paramount importance to establish the final design of the muon counter detector. Also the task involving the construction and deployment phase of the first muon counters are detailed, indicating the firsts results. Then the study of the surface detector performance of the PAO using infill and original configuration is shown. This task was done using the first infill data available, with the modification of the standard event reconstruction to consider the denser array case. The infill was characterized to understand its behaviour inside the structure of the PAO surface array detector, studying its uncertainties and making a comparison with the main array. Then the reconstruction chain was modified for the PAO surface detector, in a way that allows the reconstruction of infill data with the official program Auger Offline Software. In order to do this, the optimal distance that minimize the uncertainties of the reconstruction was calculated, and then the lateral distribution function that fit better the signal of the stations that participate in the event was optimized. The reference angle and the curve with the Constant Intensity Cut method were determined, to establish the best energy estimator for infill events. The energy calibration was performed using hybrids events that were also registered by the fluorescence detector. Finally, using this reconstruction the energy spectrum of cosmic rays was determined in the region were the array has full detection efficiency (2x 10 *27 eV) and an spectral index was calculated, which result turns out to be compatible with the given by the PAO and other experiments that explore the same energy regions that the infill. On the other hand no presence of the second knee was observed in the explored energy region. The last part of this thesis shows a detailed study of large scale anisotropy using the East-West method with infill events. In the explored energy range between 1016 eV and 1019 eV, no significant signal that indicates anisotropy was found, however a constant first harmonic phase in right ascension was measured that suggest a dipole orientation towards the Galactic Center direction.

Sborlini, Germán Fabricio Roberto. "Comportamiento singular de las amplitudes de scattering en el límite colineal" (2014-09-03) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Actualmente los grandes aceleradores de partículas permiten obtener resultados experimentales muy certeros. Como máximo ejemplo tenemos el LHC, que recientemente descubrió una nueva partícula con propiedades compatibles con las correspondientes al bosón de Higgs. Para poder comprender mejor la naturaleza de dicha partícula, así como también otros fenómenos en el área de física de altas energías, se está realizando un gran esfuerzo para mejorar las mediciones experimentales. Es por ello que las predicciones teóricas deben tener una precisión acorde, de forma tal de poder realizar una comparación relevante entre los modelos disponibles y los datos experimentales. Trabajando desde la perspectiva teórica, la principal motivación de esta tesis fue el estudio de métodos que permitan efectuar cálculos precisos en el contexto de teoría de perturbaciones aplicada al modelo estándar. En particular, nos restringimos al análisis de los límites colineales de amplitudes de scattering en teorías de gauge a next-to-leading order (NLO). Los teoremas de factorización establecen que, en ciertas configuraciones cinemáticas generales, es posible caracterizar de forma universal el comportamiento divergente de las amplitudes de scattering en el límite colineal. Este comportamiento es regido por las llamadas splitting functions o splitting amplitudes, que son los objetos de estudio centrales en este trabajo. Cuando se consideran correcciones a órdenes superiores es necesario tener en cuenta las contribuciones que involucran estados virtuales o loops, las cuales se asocian a integrales de Feynman. Por lo tanto, en la primer parte del trabajo, se estudiaron estos objetos y se exploraron algunos métodos de cálculo. Tras comentar los procedimientos estándar, nos centramos en el estudio de las identidades de integración por partes (IBP, por sus siglas en inglés) y en el método de ecuaciones diferenciales. Esta técnica permite reescribir las integrales de Feynman en términos de ecuaciones diferenciales acopladas de primer orden. Bajo ciertas circunstancias, es sencillo determinar las condiciones de contorno y resolver el sistema, lo que nos provee de un poderosa herramienta para tratar este problema. Por otro lado, también se analizaron las integrales tensoriales y técnicas de reducción que permiten expresarlas utilizando únicamente integrales escalares. El próximo paso consistió en estudiar los límites colineales de amplitudes de scattering mediante el cálculo de las funciones de splitting a NLO. Debido a que hay ciertas singularidades al momento de considerar estos límites, es necesario complementar la teoría con un método de regularización. A su vez, la implementación concreta de un método de regularización permite definir un esquema de regularización. Usando regularización dimensional (DREG), empezamos analizando como se manifiesta la dependencia con el esquema elegido al momento de calcular las funciones de splitting en el límite doble colineal. Ello nos llevó a adentrarnos en las definiciones y convenciones de DREG, así como también a introducir partículas artificiales (esto es, los gluones escalares) para conectar los diversos esquemas usando argumentos físicos. Tras investigar el límite doble colineal, procedimos al cálculo de las funciones de splitting a NLO para el caso en el cual tres partículas se vuelven colineales. Se trata de resultados que son cruciales para llevar a cabo cálculos de secciones eficaces hadrónicas a órdenes superiores. De hecho, muchos métodos de cálculo y simuladores aprovechan las propiedades del límite colineal para dar resultados aproximados de observables de interés experimental. En concreto, en este trabajo nos limitaremos a presentar las funciones de splitting para procesos que involucren al menos la presencia de un fotón. Apelando a las técnicas de reducción tensorial estudiadas en la primer parte, se pudieron calcular los núcleos de Altarelli-Parisi polarizados, los cuales son esenciales para caracterizar el límite colineal cuando el estado intermedio es una partícula vectorial. Todos los resultados provistos en este trabajo revisten interés práctico en el contexto de la fenomenología de colisionadores hadrónicos, puesto que apuntan al fin último de mejorar la precisión de los cálculos teóricos. El conocimiento de las funciones de splitting colineal de orden superior es crucial para avanzar en la descripción de procesos multipartícula con niveles de precisión next-to-next-to-next-to-leading order (NNNLO) o incluso superior.

Abstract:
Singular behaviour of scattering amplitudes in the collinear limit Modern particle accelerators allow to obtain highly-accurate experimental results. As the summit example, we can consider the LHC, which recently allowed to discover a new particle whose properties are compatible with Higgs boson. In order to better understand the origin of this particle as well as many other phenomena in high-energy physics, a huge effort is being done to improve experimental measures. For this reason, theoretical predictions have to be done with a compatible accuracy level, since that is relevant to perform a comparison among available models and experimental data. Working from the theoretical point of view, the main motivation of this thesis is the study of methods to perform accurate computations in the context of perturbation theory applied to the standard model. In particular, we restrict ourselves to the analysis of the collinear limit of scattering amplitudes in gauge theories, up to next-to-leading order (NLO). The factorization theorems assert that, in some general kinematic configurations, it is possible to obtain a universal description of the divergent behaviour of scattering amplitudes in the collinear limit. This behaviour is controlled by the so-called splitting functions or splitting amplitudes, which are the main objects studied in this work. When higher-order corrections are considered, it is mandatory to take into account contributions that involve virtual states or loops, which are associated with Feynman integrals. So, in the first part of this work, this objects were studied and we explored some computational techniques. After describing standard procedures, we centered the discussion in the study of integration by parts identities (IBP) and the differential equations method. These techniques allow to rewrite Feynman integrals in terms of a coupled system of first-order differential equations. Under certain circumstances, it is easy to work out boundary conditions and to solve the system, which constitutes a powerful tool for treating this problem. On the other hand, we also studied tensor integrals and reduction techniques in order to express them using only scalar integrals. The following step was studying the collinear limit of scattering amplitudes through the computation of NLO splitting functions. Due to the existence of singularities when treating these limits, it is mandatory to complement the theory with a regularization method. Moreover, the particular implementation of a regularization technique defines a scheme. Using dimensional regularization (DREG), we started with the analysis of the scheme dependence in the computation of splitting functions in the double-collinear limit. This led us to deepen into the definitions and conventions of DREG, besides of introducing some artificial particles (i.e. scalar gluons) with the objetive of connecting different schemes through physical arguments. After investigating the double-collinear limit, we treated the computation of NLO corrections to splitting functions when three particles become collinear. These results are crucial to carry on the computation of hadronic cross sections at higher orders. In fact, many computational techniques and simulators take advantage of collinear factorization properties to obtain approximations of some experimentally relevant observables. In particular, in this work we limited ourselves to calculate splitting functions for processes involving at least one photon. Applying tensorial reduction techniques analyzed in the first part, we were able to calculate polarized Altarelli-Parisi kernels, which are essential to give a complete description of the collinear limit of processes with intermediate vector particles. All the results provided in this thesis have practical applications in the context of hadron colliders phenomenology, since they point to improve theoretical accuracy. The knowledge of higher-order splitting functions is crucial in order to move forward on the description of multiparticle processes at next-to-next-to-next-to-leading order (NNNLO) or even higher accuracy.

Sanchez Vietto, Juan Ignacio. "Nueva física en la tercera generación de quarks en el LHC" (2015-04-30) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El quark top es posiblemente, junto al bosón de Higgs, una de las partículas menos estudiada y comprendida del Modelo Estándar. Menos estudiada porque, hasta el reciente anuncio del descubrimiento del tan buscado bosón de Higgs, fue durante mucho tiempo la última partícula descubierta (en el a˜no 1995 por los experimentos CDF y DØ del Tevatron). Además, comparativamente con otras partículas, su masa de 172 GeV la hace muy difícil de producir copiosamente en los colisionadores con el fin de realizar un estudio estadístico detallado de sus propiedades. Así, pese a los esfuerzos realizados, queda mucho por explorar sobre esta partícula. Y menos comprendida porque su masa es varios ordenes de magnitud más grande que la de cualquiera de los otros fermiones del Modelo Estándar. Con la llegada de la era del LHC (Large Hadron Collider) el quark top esta siendo estudiado como nunca antes, produciendo 80 millones de pares top-antitop por a˜no cuando alcance su luminosidad de dise˜no y examinando sus propiedades a una nueva escala de energías. Existen tanto argumentos experimentales como teóricos que impulsan, no sólo a explorar en profundidad las propiedades del quark top, sino también las de su compa˜nero electrodébil, el quark bottom. Por un lado, el quark top es el único fermión que posee un acoplamiento de orden ~ 1 con el bosón de Higgs. Desde un punto de vista teórico, ésto abre la posibilidad de que la tercera generación de quark juegue un papel fundamental en la ruptura de la simetría electrodébil. Más aún, muchas de las teorías que pretenden explicar el origen de la ruptura de la simetría predicen un fuerte acoplamiento entre la Nueva Física y estas partículas, lo cual hace muy importante su estudio. Por el otro lado, existe evidencia experimental de la posible presencia de Nueva Física en la asimetría entre la producción forward (con la dirección al haz de protones) y la producción backward (en dirección opuesta al haz de protones) tanto de pares top-antitop medida en el colisionador Tevatron, como de bottom-antibottom, medida en el LEP (Large Electron-Positron Collider). Los modelos con un sector fuertemente interactuante han sido una de las propuestas para explicar el mecanismo de la ruptura de la simetría electrodébil y solucionar el problema de la naturalidad de la masa del Higgs. En estos modelos, el bosón de Higgs es una partícula totalmente compuesta y su potencial está determinado por la dinámica del sector fuertemente interactuante. Además, éstos predicen la aparición de otras nuevas partículas compuestas en la escala TeV que interactúan fuertemente con la tercera generación de quarks, incluyendo nuevas resonancias fermiónicas de espín 1/2 y nuevos bosones de gauge masivos. Éstos últimos son producidos en colisionadores hadrónicos a través de aniquilación de quarks y decaen principalmente a un par top-antitop. Así, la producción de top-antitop vía fusión de gluones es background para las búsquedas de este tipo de resonancias. En esta tesis se estudiaron cortes en la se˜nal de producción de pares de top-antitop en el LHC que dan lugar a un aumento de la sensibilidad a la Nueva Física en las búsquedas de resonancias en el espectro de masa invariante producto del incremento de la proporción de eventos de aniquilación de quarks luego de dichos cortes. Tres variables de corte fueron consideradas en el análisis con el fin de mejorar las perspectivas de encontrar Nueva Física por medio de este tipo de búsquedas: Los momentos longitudinal y transversal del par top-antitop, y el ángulo de dispersión entre el haz de protones y el quark top. La existencia de una resonancia gluónica masiva es una de las principales propuestas de Nueva Física para explicar la desviación medida en la asimetría forward-backward en el Tevatron. En esta tesis se introdujo un modelo puramente fenomenológico donde el nuevo gluón masivo, con una masa entre 700 y 2500 GeV, interactúa con los quarks del Modelo Estándar con diferente magnitud. Si bien en el modelo no se supone ninguna teoría subyacente en particular, los resultados del Tevatron favorecen acoplamientos axiales entre el gluón masivo y los quarks, con magnitudes que van en aumento con la masa de los quarks. Así, emergen naturalmente escenarios con un nuevo sector compuesto. Finalmente, en los modelos de Higgs Compuesto es requerida la existencia de nuevas resonancias fermiónicas con cargas exóticas. En este contexto, un modelo que intenta encontrar una solución al problema de la asimetría forward-backward en la producción de quark bottom en el LEP predice una nueva resonancia de carga Q = −4/3. Esta resonancia es el compa˜nero compuesto más liviano del bottom y la principal se˜nal de Nueva Física. Con masas del orden de M ≥ 1,3 TeV, el principal mecanismo de producción de esta resonancia es la producción electrodébil simple y su decaimiento es a W−b. Se dise˜nó una estrategia de búsqueda para esta partícula en el LHC que explota las principales características cinemáticas de la producción simple para distinguir entre se˜nal y background: W− y b-jet, ambos de alto impulso transversal, y un jet liviano forward.

Abstract:
The top quark is possibly, together with the Higgs boson, one of the particles less studied and understood of the Standard Model. Less studied because until the recent announcement of the Higgs boson discovery, it was long the last particle discovered (in 1995 by the experiments CDF and DØ at the Tevatron). Moreover and comparatively with other particles, because of its mass of 172 GeV it is hard to produce copiously in colliders in order to be able to perform a detailed statistical study of its properties. Thus, in spite of the effort done, there remains a lot to explore about this particle. Less understood because its mass is several orders of magnitude larger than any other of the Standard Model fermions. With the advent of the LHC (Large Hadron Collider) era the top quark is being studied as never before, producing 80 millions of pairs top-antitop a year when it reaches its maximum luminosity and testing its properties at a new scale of energies. There exist experimental and theoretical considerations that compel us to explore in depth the properties of the top quark but also those of its electroweak partner, the bottom quark. On one hand, the top quark is the only fermion which couples to Higgs with a coupling of order ~ 1. From a theoretical point of view, this opens the possibility that the third generation plays an important role in the mechanism of electroweak symmetry breaking. Moreover, many of the theories aiming to explain the origin of the symmetry breaking predict a strong coupling between the new physics and these particles, which makes their study very important. On the other hand, there exists experimental evidence of the possible presence of new physics in the asymmetry between the forward (in the direction of the beam of protons) and backward (in opposite direction to the beam of protons) production in top-antitop pairs measured in Tevatron as well as in bottom-antibottom measured in the LEP (Large Electron-Positron Collider). Models with a strongly interacting sector have been proposed to explain the electroweak symmetry breaking mechanism and to solve the naturalness problem in the Higgs mass. In these models, the Higgs boson is a totally composite particle and its potential is determined by the dynamics of the strongly interacting sector. Also, new composite particles arise at the TeV scale which interact strongly with the third generation of quarks, including new fermionic spin 1/2 resonances and new massive gauge bosons. The latter are produced at hadron colliders via quark annihilation and decay mainly to top-antitop pairs. Thus, the top-antitop production via gluon fusion is background for the searches of these kind of resonances. In this thesis cuts in the signal of top-antitop production in the LHC were studied, which results in an enhancement of the sensibility to the New Physics in the resonaces searches in the invariant mass spectrum because of the increment in the proportion of quark annihilation events after these cuts. Three cuts variables have been analyzed in order to improve the possibilities of finding new physics by means of these kind of resonances searches: the longitudinal and transverse momentum of the top-antitop pair and the dispersion angle between the proton beam and the top quark. The existence of a massive gluonic resonance is one of the main proposals of New Physics to explain the deviation measured in the forward-backward asymmetry at the Tevatron. A purely phenomenological model was proposed in this thesis, where the new massive gluon, with a mass between 700 and 2500 GeV, interacts with Standard Model quarks at different strength. Even though the model does not assume any underlying theory in particular, the results of Tevatron favor axial coupling between the massive gluon and the quarks, with strengths that grow with the mass of the quarks. Thus, a composite Higgs scenery naturally arises. Finally, the existence of new fermionic resonances with exotic charges is required in composite Higgs theories. In this context, a model aiming to solve the forward-backward asymmetry anomaly in the production of bottom quarks at LEP predicts a new resonance with charge Q = −4/3. This resonance is the lightest composite partner of the bottom and the main signal of New Physics. With masses M ≥ 1,3 TeV, the main production mechanism of this resonance is the single electroweak production and its decay is via W−b. In this thesis, a search strategy for this particle at the LHC was designed, exploiting the main kinematical features of the single production to distinguish signal over background: a hard W−, a hard b-jet and a forward light jet.

Mazzitelli, Javier. "Efectos de la cromodinámica cuántica en la física del bosón de Higgs" (2016-07-22) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
A lo largo de la presente tesis hemos llevado a cabo el cálculo de las correcciones predichas por la cromodinámica cuántica para distintas secciones eficaces que son relevantes para la caracterización del bosón de Higgs descubierto en el LHC, hasta el momento compatible con aquel del modelo estándar. En particular, hemos analizado la producción de uno y dos bosones de Higgs a través del mecanismo de fusión de gluones, principal canal de producción en el LHC. En todos los casos, trabajamos en el límite en que la masa del quark top es grande, a través del cual se obtiene un Lagrangiano de interacción efectivo entre el bosón de Higgs y gluones. Para la sección eficaz correspondiente a la producción de un bosón de Higgs, uno de los procesos más relevantes en el LHC, hemos obtenido expresiones aproximadas a tercer y cuarto orden, mejorando los resultados disponibles anteriormente, y observando una reducción de las incertezas teóricas respecto de órdenes anteriores. En el caso de la producción de dos bosones de Higgs, cuyo interés reside en la posibilidad de medir en el futuro la auto-interacción del bosón de Higgs y por lo tanto el potencial escalar del modelo estándar, hemos calculado las correcciones a segundo orden, obteniendo la predicción más precisa disponible hasta el momento. Además, hemos considerado la emisión de gluones soft a todo orden en la expansión perturbativa, a través de la denominada resumación de umbral, alcanzando de esta forma resultados aún más confiables. Nuestras predicciones, incluídas en el informe anual del Higgs Cross Section Working Group del LHC, son utilizadas por las colaboraciones experimentales ATLAS y CMS.

Abstract:
In this Thesis we have carried on the calculation of the corrections predicted by quantum chromodynamics for different cross sections which are relevant for the characterization of the Higgs boson discovered at the LHC, so far compatible with that of the standard model. In particular, we have analysed the production of one and two Higgs bosons through the gluon fusion mechanism, which is the main production channel at the LHC. We worked in the large top-quark mass limit, in which an effective Lagrangian arises for the interaction between the Higgs boson and the gluons. For the cross section corresponding to the production of a single Higgs boson, one of the most relevant processes at the LHC, we have obtained approximate expressions for the third and fourth order corrections, improving the previously available results, and observing a reduction of the theoretical uncertainties with respect to previous orders. For the case of the double Higgs production, which gives the opportunity to measure in the future the Higgs self-interaction and therefore the scalar potential of the standard model, we have obtained the second order corrections, reaching the most precise prediction available for the moment. Furthermore, we have considered the all-orders soft gluon emission, through the so called threshold resummation, obtaining even more reliable results. Our predictions, which are included in the annual report of the LHC Higgs Cross Section Working Group, are used by the experimental collaborations ATLAS and CMS.

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Biblioteca Central Dr. Luis Federico Leloir - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - Universidad de Buenos Aires
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