Estudio del sector de Higgs: violación de sabor leptónico y estrategias de búsqueda en el LHC

Abstract

Presentamos en esta tesis diferentes estudios fenomenológicos de ciertas extensiones del Modelo Estándar de la Fı́sica de Partı́culas. En particular, estudiamos el sector de Higgs considerando también la posibilidad de incluir bosones más pesados que el único bosón escalar contenido en el Modelo Estándar. Más especı́ficamente, analizamos interacciones de Higgs con violación de sabor leptónico y también la posibilidad de observar en el LHC decaimientos de bosones de Higgs pesados en canales invisibles. El primer estudio lo realizamos en el contexto del Modelo Estándar Supersimétrico Mı́nimo y está centrado en el análisis de los decaimientos de bosones de Higgs neutros en dos leptones de distinto sabor. Consideramos como fuente de violación de sabor leptónico posibles mezclas en el sector de sleptones de modo que dichos procesos se producen radiativamente a un loop. Trabajamos bajo la “Aproximación de Inserción de Masa”, es decir, no tratamos los grados de libertad internos en los loops en la base fı́sica sino en la base de interacción electrodébil. De esta manera obtuvimos expresiones analı́ticas para las tasas de decaimiento y vértices efectivos facilitando su contrastación experimental y su interpretación en términos del espacio de parámetros del modelo estudiado. Comparamos los resultados analı́ticos alcanzados con las predicciones numéricas existentes en la literatura y presentamos las estimaciones más optimistas para las anchuras parciales de decaimientos en las regiones del espacio de parámetros permitidas por los datos experimentales actuales. En el segundo estudio continuamos la misma lı́nea de análisis de decaimientos de Higgs con violación de sabor leptónico pero lo realizamos en el contexto del modelo de seesaw inverso. En este caso, la violación de sabor leptónico es generada por los acoplamientos tipo Yukawa de los neutrinos derechos pesados que se acoplan al bosón de Higgs estándar. Encontramos los vértices efectivos para introducir estas interacciones de “Nueva Fı́sica” en otro tipo de procesos como el decaimiento de un leptón a tres idénticos de distinto sabor que el inicial. Por último, en el tercer estudio, desarrollamos una estrategia de búsqueda dedicada a la producción de un par de bosones de Higgs pesados H − A del Modelo Estándar Supersimétrico Mı́nimo en el Gran Colisionador de Hadrones para una energı́a del centro de masa de √s = 14 TeV. Realizamos un análisis de los fondos para este proceso y propusimos cortes cinemáticos para maximizar la sensibilidad de la señal en el canal de decaimiento de cuatro quarks b con energı́a transversa perdida. Diseñamos una estrategia en dos regiones de señal y analizamos las posibles luminosidades de evidencia y descubrimiento en cada caso.