Física Más Allá del Modelo Estándar con procesos novedosos en el sector de Higgs en el detector ATLAS del LHC

Abstract

El Modelo Estándar (ME) de las partículas fundamentales y sus interacciones ha proporcionado predicciones de gran precisión, pero aún deja preguntas abiertas, como el problema de la jerarquía y la naturaleza de la materia oscura. Mi plan de investigación tiene como objetivo general la búsqueda de nuevos estados escalares en el experimento ATLAS en el LHC, predichos por extensiones al ME, utilizando datos de colisiones pp a 13.6 TeV recolectados durante el Run 3 (2022-2025). Entre los candidatos de nueva física se encuentran pseudoescalares de baja masa que podrían acoplarse al bosón de Higgs de 125 GeV. Estos pseudoescalares aparecen en modelos que buscan explicar el momento magnético anómalo del muón, la asimetría bariónica del universo, y proporcionar información sobre la materia oscura, entre otros aspectos.Un proceso particularmente relevante es la desintegración H→aa→μμττ, en la cual un bosón de Higgs produce dos pseudoescalares "a" que decaen a leptones del ME. Este canal presenta desafíos experimentales, especialmente en la reconstrucción de pares de leptones tau, cuyos productos de desintegración están muy cercanos entre sí debido a la baja masa de los pseudoescalares. Para abordar este problema, vamos a requerir el desarrollo de nuevas herramientas de identificación y calibración de di-taus utilizando aprendizaje automático, con lo cual optimizaremos y adaptaremos estas técnicas para los datos del Run 3 de ATLAS.Además, en la próxima etapa (Fase 2) de alta luminosidad del LHC (HL-LHC) para el Run 4, se enfrentará un promedio de 200 interacciones por colisión pp cada 25 ns. Este escenario requiere una reestructuración del sistema de adquisición de datos (TDAQ) de ATLAS, para lo cual el grupo al que me incorporo está participando en el desarrollo de un nuevo sistema de trigger en el laboratorio del IFLP, basado en procesadores FPGA. Mi contribución en esta área incluye el desarrollo de algoritmos para la identificación de electrones y fotones en el calorímetro de ATLAS mediante el análisis de las formas de lluvias electromagnéticas, específicamente optimizando la variable Eratio, clave en la diferenciación entre electrones y fondo.Durante el primer año, me enfocaré en la identificación de fotones para ATLAS Fase 2, optimizando la selección a partir de muestras simuladas a 14 TeV en procesos Z→ee y fondos provenientes de procesos multijet. Desarrollaré un algoritmo de reconstrucción de electrones a partir de ventanas de celdas en el calorímetro del detector ATLAS y desarrollaré el código para la simulación bit a bit del algoritmo Egamma1, que implementará el cálculo en FPGA. Implementaré estas rutinas en Python y C++ para emular en alto nivel la funcionalidad requerida en el Global Trigger, un paso crucial en el desarrollo del sistema TDAQ del HL-LHC.