Search for vector-like quarks with the ATLAS experiment

Abstract

In the present thesis, data originated from proton-proton collisions at the Large Hadron Collider and collected by the ATLAS experiment in 2015 was used for the search of pair-produced vector-like quarks T and B decaying to a Z boson and a third generation quark, focusing on the dilepton channel. A strategy built upon the 8 TeV analysis was further developed. Control regions were defined in order to model the Monte Carlo simulation of the background. The data in the considered signal region is not yet unblinded by the ATLAS collaboration and, therefore, the expected sensitivity of the search was evaluated using pseudo-data built under the background only hypothesis. The vector-like B has 95% confidence level expected mass limits of 766 GeV for the singlet hypothesis and 873 GeV for the doublet hypothesis. The vector-like T singlet and doublet hypotheses have expected limits of 687 GeV and 797 GeV, respectively, representing an encouraging improvement with respect to the currently published mass limits. This text is complementary to the dilepton boosted topology analysis being developed by a group at the TU Dortmund, Germany, and the trilepton channel being developed by a group at the University of Arizona, USA. Orthogonality between the analysis presented in the present thesis and the trilepton analysis is ensured by definition, but with the boosted topology analysis it has to be constructed. The first steps in that direction are described at the end of this text, based on the multiplicity of large-R jets.

Nesta tese, dados originados em colisões de protão-protão no Large Hadron Collider e coletados pela experiência ATLAS em 2015 foram usados para a pesquisa de quarks vetoriais T e B, produzidos em pares, decaindo para um bosão Z e um quark de terceira geração, com foco no canal dileptónico. Um estratégia construída a partir da análise a 8 TeV foi desenvolvida. Regiões de controlo foram definidas, por forma a modular a simulação de Monte Carlo do fundo. Os dados na região de sinal considerada ainda estão ocultados pela colaboração de ATLAS, e, portanto, a sensibilidade esperada para esta pesquisa foi avaliada usando pseudo-dados gerados a partir da hipótese da existência de apenas fundo. O quark vectorial B , num limite de confiança de 95%, tem limites esperados de 766 GeV para o caso em que é singleto, e 873 GeV para dobleto. O quark vectorial T, singleto e dobleto, têm limites esperados de 687 GeV e 797 GeV, respectivamente, o que representa uma melhoria encorajadora em relação aos limites de massa atualmente publicados. Esta tese é complementar com a topologia dileptónica boosted que está a ser desenvolvida por um grupo na TU Dortumund, Alemanha, e com o canal trileptónico, que está a ser desenvolvido por um grupo na Universidade do Arizona, EUA. A ortogonalidade entre a análise aqui apresentada e a análise trileptónica está assegurada por definição, mas no caso da topologia boosted esta tem de ser construída. Os primeiros passos nessa direcção são descritos no final deste texto, com base na multiplicidade de jatos com largo raio.