Exploring the Higgs sector beyond the standard model with the top Yukawa coupling: a phenomenological and experimental search - Prado, Leônidas Augusto Fernandes do [UNESP] (2020)
A produção de ttH no LHC permite medir diretamente o acoplamento de Yukawa do quark top, previsto pelo Modelo Padrão (MP) como √2m_t/v ~1. Esta tese mostra como nova física pode fornecer diferentes valores para esse acoplamento para quatro modelos teóricos específicos, dentre diversas possíveis extensões do MP, e usa medidas experimentais para colocar limites no espaço de parâmetro dos modelos. Os primeiros dois são extensões simples do MP e contêm somente férmions vector-like, que compartilham os mesmos números quânticos do setor de quarks top-bottom, levando a misturas entre esses estados. Esses modelos prevêem uma diminuição na seção de choque de ttH e estão atualmente muito limitados por medidas experimentais. Os últimos dois modelos são realizações mínimas de modelos de Higgs composto, baseados na quebra de simetria de SO(5) para SO(4). No setor do top, duas possibilidades são exploradas: ressonâncias fermiônicas na representação fundamental 5 de SO(5) e a representação simétrica 14 de SO(5). Os efeitos desses modelos no processo de produção de ttH e ttHH são apresentados para energia de 14 TeV da fase High Luminosity do LHC, e para futuros colisores de hadrons de alta energia. O trabalho fenomenológico, feito na primeira parte desta tese, mostrou o interesse em se estudar o processo de produção de ttHH além da produção de ttH estudada até o momento. A segunda parte desta tese apresenta resultados da busca experimental da produção de ttHH usando dados de colisões próton-próton correspondendo a uma luminosidade integrada de 41.5/fb gravado pelo experimento CMS para uma energia de centro de massa de 13 TeV no ano de 2017. Essa foi a primeira vez que essa busca foi feita com dados reais. Os candidatos a eventos de ttHH são selecionados baseando-se no critério de realçar ambos os canais de decaimento de léptons mais jatos do sistema tt, e o canal de decaimento do par de bósons de Higgs em dois pares de quark bottom-anti-bottom. Para aumentar a sensibilidade da busca, eventos selecionados são separados em diferentes categorias, em que são esperadas diferentes taxas de eventos de sinal e fundos. Um ajuste combidado, de templates de análise discriminante multivariada, aos dados, através de todas as diferentes categorias é feito para extrair os resultados. O valor obtido para a intensidade do sinal de ttHH, relativo à seção de choque do MP, μ=σ/σ_SM, para essa assinatura específica, é: 4.9-12.8+14.4, obtida após o ajuste aos dados coletados pelo CMS. A estrutura detalhada da análise desenvolvida aqui servirá para uma futura análise com dados coletados durante todo o período (Run 2) do LHC, referente aos anos de 2016 a 2018, correspondendo a uma luminosidade total integrada de 140/fb, a 13 TeV no LHC. Esse valor é cerca de 3 vezes maior que a luminosidade usada na presente análise e corresponde ao maior volume de dados coletados até o momento no LHC. Isso pode permitir a extração preliminar de um sinal de ttHH. Esse trabalho continuará com dados a serem coletados em Runs futuras do LHC (Run 3) e no High Luminosity LHC (HL-LHC).