Prospects of a search for dark higgs at CMS

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Data

2020-07-13

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Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

Neste trabalho, um estudo sobre a viabilidade de uma busca por matéria escura no detector de partículas CMS é apresentado. O modelo de partícula de matéria escura escolhido é denominado modelo dark Higgs, que supõe a existência de três novos estados no setor escuro da matéria: um bóson vetorial massivo Z' , um férmion de Majorana χ que deve ser o responsável pelos fenômenos de matéria escura observados atualmente, e um mediador análogo ao bóson de Higgs chamado dark Higgs (d_H) que é responsável pela geração dos termos de massa das outras duas partículas. O canal de decaimento mono-d_H foi o canal estudado, que é percebido como energia transversa faltante + jato gordo pelo detector CMS. Um conjunto de requerimentos de seleção retirados de outros trabalhos, junto de uma seleção alternativa na massa invariante do jato gordo foram aplicados em dados gerados por simulações de Monte Carlo, e o método de análise cut and count foi usado na obtenção de regiões de exclusão para diferentes conjuntos de parâmetros do modelo. Considerando dados do Run 2 do LHC (L = 150 fb^−1 ), que estão disponíveis para análise, valores de m_Z' de até 2470 GeV, 2800 GeV e 2950 GeV podem ser sondados para m_d_H = 50 GeV, 70 GeV e 90 GeV, respectivamente. Valores de m_χ se estendendo até 490 GeV, 580 GeV e 600 GeV, para os mesmos valores de m_d_H , também podem ser explorados. Para as massas m_χ , m_Z' fixadas em 200 GeV, 1000 GeV e 300 GeV, 1500 GeV, valores de m_d_H variando de 13 GeV a 178 GeV, e de 20 GeV a 174 GeV, respectivamente, podem ser explorados.
In this work, a study about the feasibility of a search for dark matter particles at the CMS particle detector is presented. The dark matter particle model chosen is the dark Higgs model, which assumes three new states in the dark sector of matter: a heavy vector boson Z' , a Majorana fermion χ that should be responsible for the dark matter phenomena observed nowadays, and a Higgs-like boson mediator called dark Higgs (d_H) that is responsible for generating the mass terms of the two other particles. The mono-d_H decay was the studied channel, which is perceived as missing transverse energy + fat jet by the CMS detector. A set of selection requirements retrieved from other works along with an alternative selection requirement on the fat jet invariant mass were applied on Monte Carlo simulation generated data, and a cut and count analysis method was applied to obtain exclusion regions for different sets of model parameters. Concerning LHC Run 2 data (L = 150 fb^−1 ), which is already available for analysis, m_Z' values up to 2470 GeV, 2800 GeV and 2950 GeV can be probed for m_d_H = 50 GeV, 70 GeV and 90 GeV, respectively. m_χ values extending to 490 GeV, 580 GeV and 600 GeV, for the same m_d_H values, may also be explored. For m_χ , m_Z' masses fixed at 200 GeV, 1000 GeV and 300 GeV, 1500 GeV, m_d_H values ranging from 13 GeV to 178 GeV, and from 20 GeV to 174 GeV, respectively, may be explored.

Descrição

Palavras-chave

Matéria escura (Astronomia), Partículas (Física nuclear), Aceleradores de partículas

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