Marco Tonini, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2014 :

"Beyond the Standard Higgs at the LHC: present constraints on Little Higgs models and future prospects"



Schlagwörter: Large Hadron Collider Phenomenology, Beyond the Standard Model, Little Higgs Models, Tagging algorithms
PACS : 14.80.Bn, 12.60.-i, 12.15.-y, 12.60.Rc
Volltext

Summary

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit erörtert die Übereinstimmung verschiedener Little - Higgs - Modelle mit den bis Sommer 2013 an Teilchenbeschleunigern gesammelten Daten und die Aussicht auf mögliche Entdeckungen von und Massenbestimmungsmethoden für Anzeichen neuer Physik durch den geplanten Betrieb des LHC mit einer höheren Schwerpunktsenergie. Little - Higgs - Modelle gehören zu einer Klasse von Erweiterungen des Standard - (Higgs - ) Modells, die oberhalb der elektroschwachen Skala v ein Regime starker Wechselwirkung bei einer Skala Λ = 4 π f vorhersagt. Das Higgs Boson geht als Pseudo - Goldstone Boson aus einer approximativen globalen Symmetrie hervor, die bei der Skala f spontan gebrochen wird. Der kollektive Symmetrie - Brechungs - Mechanismus bewirkt dabei eine natürliche Hierarchie zwischen den Skalen Λ und v: Die Ein - Schleifen - Diagramme, die den Higgs - Massen - Term generieren, sind zwangsläufig höchstens logarithmisch abhänging von $/Lambda$. Dadurch kann ein natürlicherweise leichtes Higgs Boson innerhalb einer bis zu einer Skala von der Ordnung 10 TeV perturbativen Theorie konsistent verwirklicht werden. Der Parameterraum von drei prominenten Beispielen von Little - Higgs - Modellen, nämlich des Simplest Little Higgs Modells, des Littlest Higgs Modells und des Littlest Higgs Modells mit T - Parität wurde auf übereinstimmung mit elektroschwachen Präzisionsobservablen und den LHC Daten bezüglich Higgs-Eigenschaften und der direkten Suche nach neuen Teilchen (bei √s = 7,8 TeV und bis zu 25 fb-1 integrierter Luminosität) untersucht. Mit einer festgelegten statistischen Genauigkeit werden untere Grenzen für die Skala f ermittelt, die es erlauben, die Natürlichkeit der verschiedenen Modelle zu beurteilen. Ausserdem werden in dieser Arbeit Optimierungsmöglichkeiten für die direkte Suche nach neuen Teilchen unter Annahme eines Little - Higgs - Signals sowie geeignete Methoden zur Massenbestimmung, die auf den √s = 13,14 TeV Betrieb des LHC zugeschnitten sind, vorgeschlagen und ausführlich diskutiert. Besondere Aufmerksamkeit wird Endzuständen mit entweder sehr grossem oder verschwindend geringem Anteil von fehlendem Transversal - Impuls geschenkt. Insbesondere wird eine eignens für die Entdeckung und Massenbestimmung eines Top - Partners optimierte Suche an Beschleunigern, die auf Jet-Substruktur-Methoden und optimierten kinematischen Selektionsschnitten basiert, sowie eine Methode zur Massenbestimmung für die Topologie von semi - unsichtbar zerfallenden Teilchen, die paarweise durch den Zerfall einer Resonanz produziert wurden, vorgeschlagen.

Titel

Kurzfassung

Summary

This thesis discusses the consistency of different Little Higgs models with the collected collider data as of the summer of 2013. Moreover, future prospects for possible discoveries and mass measurement methods of new physics signals at the foreseen LHC run II with increased center - of - mass energy are presented. Little Higgs models belong to a class of extensions of the Standard Higgs model, predicting a strong interaction regime at a compositeness scale Λ = 4 π f above the electroweak scale v. The Higgs boson arises as a pseudo - Goldstone boson of an approximate global symmetry spontaneously broken at the scale f. A natural hierarchy between the compositeness and the electroweak scale is introduced by the Collective Symmetry Breaking mechanism: one - loop diagrams generating the Higgs mass term are forced to be at most logarithmically sensitive to Λ. A naturally light Higgs boson can thus be accommodated, consistently with a perturbative theory until a scale of order 10  TeV. We have probed the parameter space of three prominent examples of Little Higgs models, namely the Simplest Little Higgs model, the Littlest Higgs model, and the Littlest Higgs model with T - parity, against electroweak precision observables and the collected LHC data concerning both Higgs properties and direct searches for new particles, with √s = 7.8 TeV and up to  25 fb-1 of integrated luminosity. Lower bounds on the scale f are set, within a certain degree of confidence level, which allow to draw conclusions on the ``naturalness'' of the different models. Optimisations of the existing direct searches setups, assuming a Little Higgs signal, as well as dedicated mass measurement methods designed for the foreseen LHC runs with √s = 13.14 TeV are thoroughly discussed and proposed in this thesis. Special attention will be dedicated to final states including either a large or negligible fraction of missing transverse momentum. In particular, we will propose a dedicated collider search tailored for the discovery and mass measurement of a top partner, exploiting jet - substructure techniques and optimised kinematical selection cuts, as well as a mass measurement method for the topology of semi - invisibly decaying particles, pair produced from the decay of a resonance.