Measurement of Higgs boson production via gluon fusion in the H WW decay channel with the CMS experiment

Resumen

Esta tesis presenta el análisis de la medida de la producción del bosón de Higgs en colisiones protón-protón a una energía del centro de masas de 13 TeV. Los datos de dichas colisiones fueron tomadas por el experimento CMS durante el periodo de operación del Run 2 (2016-2018) del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN. Las medidas se han realizado utilizando una muestra de sucesos cuyas características serían compatibles con la desintegración de un bosón de Higgs a un par de bosones W, que a su vez se desintegrarían en un par de leptones cargados de distinto sabor y neutrinos. La tesis se centra en el estudio de la producción de bosones de Higgs con el proceso de fusión de dos gluones, que es el dominante a una energía de centro de masas de 13 TeV. Se describe en primer lugar la selección de los elementos del análisis en la configuración usada por CMS. Después, los fondos principales se evalúan detalladamente y se decide cómo realizar una selección enriquecida en sucesos de señal. El principal resultado del estudio es la sección eficaz de producción del bosón de Higgs, cuantificada mediante un modificador a la intensidad de la señal, definido como el cociente entre la sección eficaz observada y la predicción del Modelo Estándar. El análisis se lleva a cabo en el espacio de fases inclusivo y en determinadas regiones del espacio de fases aisladas y con una granularidad fina utilizando un modelo de secciones eficaces simplificadas (Simplified Template Cross-Sections o STXS). Los modificadores a la intensidad de la señal tanto en el análisis inclusivo como para las STXS se obtienen de un ajuste de máxima verosimilitud, usando como variables discriminantes la masa invariante de los dos leptones y la masa transversa definida utilizando el momento del sistema dileptónico y el momento faltante en el plano transverso. El valor de las incertidumbres sistemáticas en el análisis también se adapta durante el ajuste, y se usan regiones de control para constreñir la contribución de algunos procesos de fondo. Los eventos de la región de señal se dividen en múltiples categorías, dependiendo del número de jets reconstruidos con alto momento, el sabor de los leptones, su carga y el momento transverso del leptón de momento más pequeño, optimizando de esta manera la sensibilidad del análisis a la señal del bosón de Higgs. La intensidad de la señal se obtiene para las categorías de 0 y 1 jets, independientemente y de forma conjunta, para los datos recogidos durante cada uno de los tres años del Run 2 y su combinación. Todas las intensidades de señal medidas son compatibles con el Modelo Estándar. El resultado combinado para la intensidad global de la señal es ¿¿= 0.90 +0.10/-0.09 . La precisión de la medida está dominada por efectos sistemáticos que provienen del modelo teórico y de fuentes instrumentales. Los modificadores a la intensidad de la señal se determinan para la región de las STXS correspondiente a 0 jets, las 3 divisiones de la región de 1 jet dependiendo del momento transverso del bosón de Higgs y para la región de alto momento transverso del bosón de Higgs, que puede ser especialmente sensible a efectos de nueva física. Estas regiones son específicas del modo de producción de fusión de gluones y se definen de manera completamente independiente con respecto a las regiones características de otros modos de producción. Los modificadores a la intensidad de señal medidos en cada una de las regiones son consistentes con la predicción del Modelo Estándar dentro de sus incertidumbres. Finalmente, las secciones eficaces de producción se derivan de los modificadores a la intensidad de la señal en cada región de las STXS. El resultado combinado de todas las regiones STXS para la sección eficaz es de ¿ = 1.08 +0.12/-0.11 pb.