Search for the Standard Model Higgs boson produced via vector boson fusion and decaying to bottom quarks with the CMS detector at the Large Hadron Collider

Datum: 10 maart 2016

Locatie: UAntwerpen, Campus Middelheim, A.143 - Middelheimlaan 1 - 2020 Antwerpen

Tijdstip: 16 uur

Promovendus: Sara Alderweireldt

Promotor: Nick Van Remortel

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Sara Alderweireldt - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

Onze huidige kennis van de fundamentele deeltjes en krachten voorkomend in de natuur, is vervat in het standaardmodel van de deeltjesfysica. Een groot aantal theoretische en experimentele bijdragen, gedaan over vele jaren, hebben samen geleid tot de ontwikkeling van dit model in de jaren ’60 en ’70. Nog meer metingen hebben in tussentijd ingestaan voor de validatie ervan. Het standaardmodel bevat fermionen, de bouwstenen van alle materie, en ijkbosonen, de dragers van de krachten. Drie van de vier gekende fundamentele wisselwerkingen worden beschreven door het standaardmodel: de elektromagnetische kracht, de zwakke kernkracht, en de sterke kernkracht; de zwaartekracht is niet inbegrepen. Het standaardmodel is een ijktheorie: de formulering van de theorie reflecteert de symmetrieën die kunnen worden waargenomen in de natuur. Een gevolg hiervan is dat het model, in haar meest simpele vorm, vereist dat alle deeltjes massaloos zouden zijn. Om het bestaan van massieve deeltjes te verklaren, wordt het Brout-Englert-Higgs (BEH) mechanisme verwerkt in het standaardmodel.

Het BEH mechanisme werd onafhankelijk voorgesteld door verscheidene onderzoekers in 1964. Het beschrijft hoe deeltjes, die schijnbaar massaloos moeten zijn, massief kunnen worden. Er wordt een veld gepostuleerd – het BEH veld – alsook een daarmee geassocieerd boson – het Higgsboson. Dit veld genereert spontane symmetriebreking, en de koppeling van deeltjes met het veld zorgt ervoor dat ze massa verkrijgen. De massa van het Higgsboson zelf, een belangrijke parameter in het standaardmodel, kan niet theoretisch worden voorspeld. In de plaats daarvan moet ze experimenteel gemeten worden.

Gedurende vele jaren, sinds de voorspelling in 1964, zijn wetenschappers actief op zoek geweest naar het Higgsboson. Zoektochten werden uitgevoerd bij de Large Electron-Positron versneller in CERN (1989–2000), bij de Tevatron in Fermilab (1987–2011), en meest recent bij de Large Hadron Collider (LHC) in CERN (2009– ). De LHC is vandaag de dag de grootste en meest krachtige deeltjesversneller in de wereld, bedoeld om protonen te doen botsen bij massamiddelpuntsenergieën van 14 TeV. Een van de belangrijkste onderzoeksdoelstellingen van de LHC was het vinden van het Higgsboson. Sinds 2009 worden er bij de LHC botsingen uitgevoerd bij massamiddelpuntsenergieën van 7, 8 en 13 TeV. De botsingen worden opgemeten door verschillende detectoren, waaronder de Compact Muon Solenoid (CMS) detector.

Op 4 juli 2012, tijdens een gezamenlijke presentatie van de ATLAS en CMS collaboraties, werd de waarneming van een nieuw deeltje gepresenteerd. De eigenschappen van dit deeltje komen overeen met die van het standaardmodel Higgsboson. Sinds 2012 zijn verdere experimenten uitgevoerd, bedoeld om de karakteristieken van het deeltje verder de verifiëren.

Higgsbosonen kunnen op allerhande verschillende manieren worden geproduceerd en waargenomen bij botsingsexperimenten. In deze thesis wordt een zoektocht naar het standaardmodel Higgsboson voorgesteld, waarin gekeken wordt naar Higgsbosonproductie via vector boson fusie, en Higgsbosonverval naar twee bottom quarks. De data gebruikt voor deze analyse werd opgenomen met de CMS detector bij de LHC in 2012, bij een massamiddelpuntsenergie van 8 TeV.