Exploring composite Higgs models at present and future colliders: a study on the top-Higgs sector and the importance of three-body decays in vector-like quark searches

Abstract

A tese concentra-se no estudo de duas realizações do Modelo Higgs Composto Mínimo, o MCHM5 e o MCHM14, em colisores hadrônicos de alta energia. Exploramos dois regimes de energia: o do LHC e sua atualização de Alta Luminosidade (HL- LHC), e futuros colisores hadrônicos com 100 TeV de energia de centro de masa. Desenvolvemos estruturas completas de geração e simulação para explorar o espaço de parâmetros desses modelos e conduzimos uma investigação sistemática usando um algoritmo de agrupamento. Os processos de produção tth e tthh foram examinados, revelando que desvios na seção de choque podem ocorrer e que a contribuição não ressonante no processo tthh é considerável, fornecendo acesso ao acoplamento duplo de Yukawa introduzido por esses modelos. Pontos representativos foram selecionados para resumir a fenomenologia do espaço de parâmetros para cada regime de energia. Parceiros do top com consideráveis decaimentos em três corpos foram encontrados para algumas regiões do espaço de parâmetros. A inclusão desse canal em buscas experimentais foi explorada, aumentando os limites de exclusão anteriores. Finalmente, uma busca inclusiva foi proposta, e os resultados mostraram uma significância promissora no HL-LHC com uma luminosidade de 4 ab−1.

The thesis focuses on studying two realizations of the Minimal Composite Higgs Model: the MCHM5 and the MCHM14, at high energy hadron colliders. We explored two energy regimes: that of the LHC and its High luminosity upgrade (HL-LHC), and future hadron colliders at a center of mass energy of 100 TeV. We developed full generation and simulation frameworks to explore the parameter space of these models and conducted a systematic investigation using a clustering algorithm. The tth and tthh production processes were examined, revealing that deviations in cross section can occur and the non-resonant contribution in the tthh process is sizable, providing access to the double Yukawa coupling introduced by these models. Representative points were selected to summarize the phenomenology of the parameter space for each energy regime. Top partners with sizable three-body decays were found for some regions of the parameter space. The inclusion of this channel in experimental searches was explored, increasing previous exclusion limits. Finally, an inclusive search was proposed, and the results showed promising significance at the HL-LHC with a luminosity of 4 ab−1.