Estudio de las propiedades del bosón de Higgs en el canal H → γγ con el detector ATLAS del LHC

Abstract

El descubrimiento en el 2012 de una nueva partícula con masa alrededor de 125 GeV consistente con un bosón de Higgs, marcó un cambio de los objetivos de las investigaciones desde la fase del descubrimiento a la fase del estudio de las propiedades de esta nueva partícula para caracterizarla. En esta tesis se presenta en primer lugar un análisis del espín de dicha partícula en su canal de decaimiento a dos fotones, siendo uno de los aportes a la comprobación de la compatibilidad de la resonancia encontrada con el bosón predicho por el Modelo Estándar (ME). Las investigaciones se basaron en 25 1/fb de colisiones pp a 7 y 8 TeV del LHC, recolectados por el experimento ATLAS. La hipótesis del Higgs del ME fue contrastada con varias hipótesis alternativas, incluyendo modelos de espín 2 con acoplamientos universales y no-universales a los fermiones y bosones vectoriales. Todas las hipótesis alternativas son excluidas en favor del bosón de Higgs del ME a más de 99.9 % de nivel de confianza. Se realizó también un estudio preliminar de la sensibilidad a las propiedades CP de las interacciones del Higgs utilizando únicamente el canal de decaimiento difotónico con los datos que serán colectados a fin del Run-II del LHC. Finalmente, se contribuyo a las medidas de precisión de las secciones eficaces fiduciales en diversas regiones del espacio de fase y secciones eficaces diferenciales como función de varias variables cinemáticas, todas realizadas en una manera independiente de modelos. En el caso particular que se presenta en esta tesis se realizó la primera determinación en la colaboración ATLAS de la sección eficaz fiducial del Higgs decayendo en dos fotones a energía de colisión pp de 13 TeV, utilizando datos correspondientes a una luminosidad integrada de 13.3 1/fb. El resultado en la región fiducial base -un Higgs de masa 125.09 GeV decayendo en dos fotones aislados con momento transverso mayor a 35 % y 25 % de la masa invariante del sistema difotónico, y cada uno con pseudorapidez absoluta < 2.37 y excluyendo [1.37 -1.52]- es de 43.2±14.9 (stat.)±4.9 (syst.)fb.