Reinterpretación de las búsquedas de CMS en colisiones de protones con energía de centro de masa de 13 TeV para el MSSM fenomenológico

Abstract

Despite its remarkable success, the Standard Model (SM) leaves several fundamental questions unanswered, such as the nature of dark matter and the hierarchy problem. Supersymmetry (SUSY) is an extremely well-motivated extension of the SM that addresses these shortcomings by postulating a symmetry between bosons and fermions, predicting superpartners for all SM particles. This thesis presents the reinterpretation of results from a previous search for SUSY, conducted at IFCA, within the framework of the 19-parameter phenomenological Minimal Supersymmetric Standard Model (phenomenological MSSM or pMSSM). The search was originally designed in the context of simplified SUSY models, targeting chargino and slepton pair production via electroweak interactions, as well as top-squark pair production in compressed spectra. The analysis used proton-proton collision data collected with the CMS detector at the CERN LHC between 2016 and 2018, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. The search of interest consists of two isolated, oppositely charged leptons (electrons or muons) and large missing transverse momentum, a distinct signature of the presence of weakly interacting stable particles, such as the lightest neutralino. The stransverse mass (mT2) parameter was employed as the primary discriminant, and a maximum-likelihood combined fit across multiple signal regions, in terms of missing transverse momentum, jet multiplicity, and b-tagged jets, to constrain the Standard Model backgrounds and test for SUSY signals. No significant deviation was observed. Exclusion limits at 95% confidence level were set, ruling out chargino masses up to 1100 GeV and slepton masses up to 700 GeV for a massless neutralino. This work describes the software framework required to reinterpret these results in the pMSSM, providing crucial input for constraining its parameter space.

A pesar de su notable éxito, el Modelo Estándar (ME) deja varias preguntas fundamentales sin respuesta, como la naturaleza de la materia oscura y el problema de la jerarquía. La Supersimetría (SUSY) es una extensión del ME extremadamente bien motivada que aborda estas deficiencias al postular una simetría entre bosones y fermiones, prediciendo super compañeros para todas las partículas del ME. Esta tesis presenta la reinterpretación de los resultados de una búsqueda previa de SUSY, realizada en el IFCA, dentro del marco del Modelo Supersimétrico Mínimo Fenomenológico de 19 parámetros (MSSM fenomenológico o pMSSM). La búsqueda fue diseñada originalmente en el contexto de modelos SUSY simplificados, dirigida a la producción de pares de charginos y sleptones mediante interacciones electrodébiles, así como a la producción de pares de top-squarks en espectros comprimidos. El análisis utilizó datos de colisiones protón-protón recopilados con el detector CMS del LHC del CERN entre 2016 y 2018, correspondientes a una luminosidad integrada de 138 fb−1. La búsqueda de interés consiste en dos leptones (electrones o muones) aislados, de carga opuesta y gran momento transversal faltante, una firma distintiva de la presencia de partículas estables débilmente interactivas, como el neutralino más ligero. El parámetro de masa transverso (mT2) se empleó como el discriminante principal, y un ajuste combinado de máxima verosimilitud a través de múltiples regiones de señal, en términos de momento transversal faltante, multiplicidad de jets y jets etiquetados como b, para restringir los fondos del Modelo Estándar y probar las señales de SUSY. No se observó ninguna desviación significativa. Se establecieron límites de exclusión con un nivel de confianza del 95%, que descartan masas de chargino de hasta 1100 GeV y masas de sleptón de hasta 700 GeV para un neutralino sin masa. Este trabajo describe el marco de software necesario para reinterpretar estos resultados en el pMSSM, proporcionando una contribución crucial para restringir su espacio de parámetros.