Kurzfassung
Während des ersten Laufs des LHC wurden keine offensichtlichen Hinweise auf neue Physik jenseits des Standardmodells entdeckt, sondern vielmehr die Standardmodell-artigen Eigenschaften des Higgs Teilchens bestätigt. Dementsprechend werden neue und leistungsstarke Methoden benötigt, um Spuren neuer Physik zu entdecken, die an der TeV Skala erwartet werden, sofern sie das Hierarchie Problem lösen.
In dieser Arbeit schlagen wir zwei komplementäre Strategien für diese Suche nach neuer Physik am LHC vor. Zunächst zeigen wir, wie ein sehr hochenergetisches Higgs zusammen mit einem harten Jet genutzt werden kann, um die wichtige Top Yukawa-Kopplung mit Hilfe von Gluon-Fusion zu bestimmen. Im inklusiven Gluon-Fusionsprozess ist das nicht machbar, da eine mögliche Abweichung vom Standardmodell-Wert mit der direkten Higgs-Gluon Wechselwirkung kombiniert wird. Letztere wird durch neue Partner des Top-Quarks vermittelt. In minimalen Modellen für ein zusammengesetztes Higgs sowie in gewissen Bereichen des MSSM Parameterraums können sich beide Effekte sogar aufheben und zu einem Standardmodell-artigen Wirkungsquerschnitt führen, der keinerlei Rückschlüsse auf das Massenspektrum der Theorie zulässt. Wir arbeiten detailliert heraus, wie diese Entartung im hochenergetischen Higgs-Kanal gebrochen werden kann, und stellen fest, dass die Top Yukawa-Kopplung auf dem 95% Konfidenzniveau mit einer integrierten Luminosität
von 3000 fb^-1 auf 0,8–1,3 mal den Standardmodell Wert beschränkt werden kann.
Die zweite Strategie widmet sich Stop und Sbottom Suchen im vollhadronischen Top Zerfallskanal. Da die Stop-, Sbottom- und Neutralinomassen unbekannt sind, sind sehr unterschiedliche Ausprägungen von Ereignissen denkbar, von niederenergetischen Top Quarks und wenig fehlender Energie bis hin zu sehr hochenergetischen Top Quarks und viel fehlender Energie im Endzustand. Um eine große Anzahl an möglichen Ereignisprofilen und folglich einen großen Bereich von Squark und Neutralino Massen abzudecken, kombinieren wir mehrere Top-Suchalgorithmen, die auf der Unterstruktur von Jets beruhen, zu einer skaleninvarianten Suchstrategie. Die Möglichkeiten dieses Ansatzes demonstrieren wir anhand einer Studie, in der wir zeigen, dass mit einer integrierten Luminosität von 100 fb^-1 Stops mit Massen bis zu 1100 GeV auf dem 95% Konfidenzniveau ausgeschlossen werden können.
During the first run of the LHC, no apparent signs of new physics beyond the Standard Model were discovered, but rather the Standard Model-like properties of the Higgs particle confirmed. Therefore, new and powerful methods are needed to disclose the traces of new physics, which is expected to be at the TeV scale in order to solve the hierarchy problem. In this thesis, we propose two complementary strategies for the quest for new physics at the LHC. First, we show how a very boosted Higgs in association with a hard jet can be used to determine the important top Yukawa coupling in gluon fusion. In the inclusive gluon fusion process this is not feasible since possible deviations from its Standard Model value are combined and can even cancel with the effective Higgs-gluon interaction mediated by new top partners. This cancellation is motivated within minimal composite Higgs models but also in certain regions of the MSSM parameter space and can lead to a Standard Model-like inclusive cross section that allows no conclusions on the mass spectrum of the new physics. We work out in detail how this degeneracy can be broken in the boosted Higgs channel and find that even in the worst case scenario with a Standard Model-like inclusive cross section, the top Yukawa coupling can be constrained to 0.8–1.3 times its Standard Model value at 95% CL with an integrated luminosity of 3000 fb^-1. The second strategy is targeted at direct stop and sbottom searches in the fully hadronic top decay channel. Since the stop, sbottom and neutralino masses are unknown, very different event shapes are imaginable, ranging from unboosted top quarks and low missing energy to highly boosted top quarks and large missing energy in the final state. In order to cover a wide range of possible event shapes and consequently stop, sbottom, and neutralino masses, we combine several top taggers based on jet substructure techniques to obtain a scale invariant search strategy. The performance of this approach is shown in a collider study where we find that stops with masses up to about 1100 GeV can be excluded at 95% CL with an integrated luminosity of 100 fb^-1.