Hafif Higgs bozonlarının iki müona bozunması yoluyla CERN'deki çarpıştırıcılarda incelenmesi
Study of light higgs bosons through di-muon decay modes in CERN colliders
Yazar: ALİ ÇİÇİ
Danışman: DOÇ. DR. CEM SALİH ÜN
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
İki Higgs Dubletli Model'in özel bir tipi olan Lepton-Spesifik İki Higgs Dubletli Model, hafif Higgs bozonları verebildiği için tezin teorik temellerinin üzerine kurulduğu model olarak ele alındı. ATLAS ve CMS çalışma grupları, müon çifti invaryant kütlesinin yaklaşık 28 GeV olduğu bölgede Standart Model'in öngörülerinde sapma olduğunu yayımladığı yeni analizlerde gösterdi. Lepton-Spesifik İki Higgs Dubletli Model yaklaşık 28 GeV kütleye sahip, önerdiği yük-parite tek Higgs ile gözlemlenen bu sapmayı açıklamaya aday olabilir. Modelin kütle spektrumu tarandıktan sonra hafif Higgs bozonları elde edildi. Yük-parite tek Higgs $A$'nın ($A \rightarrow \mu^\pm  \mu^\pm$) bozunum kanalı aracılığı ile 28 GeV müon çiftinde ($m_{\mu\mu}\sim 28$ GeV) gözlemlenen bu sapmayı açıklayabilme ihtimali olduğu görüldü. Tezde yapılan analizin sonucunda $\sigma (pp\rightarrow bbA\rightarrow bb\mu^\pm\mu^\pm)$ olaylarında, $\tan\beta \sim 12$ ve $m_A \sim 28$ GeV için 8 TeV kütle merkezi enerjisinde  $1,5 \sigma$, 13 TeV kütle merkezi enerjisinde $2\sigma$  kadarlık Standart Model öngörülerinden sapma olduğu ve $\tan\beta$ arttıkça sapmanın değerinin azaldığı gösterildi. Son olarak, yapılan analizin CMS dedektöründe bırakacağı sinyal özellikleri incelendi. Sinyali baskılayabilecek, üst kuark çifti üretimi ve b jetleriyle birlikte lepton çifti üretimi ard alanları seçilerek CMS raporundaki sınırlandırlamaların sinyal ve ard alan üzerindeki etkisi incelendi. Yük-parite tek Higgs'in kütlesi yaklaşık 28 GeV olduğunda tezde yapılan analizde müon çifti sinyalinin CMS raporunda yapılan analizle benzer özelliklere sahip olduğu ve CMS'nin yayımladığı raporda Standart Model'in öngörülerinden gözlemlenen bu sapmanın Lepton-Spesifik İki Higgs Dubletli Model'in önerdiği yük-parite tek Higgs $A$ tarafından sağlanabileceği gösterildi. Tez boyunca düşük $\tan\beta \sim 12$ bölgesi incelenirken, büyük $\tan\beta$ bölgesi için güncel dedektör hassasiyetin ve kütle merkezi enerjisinin yeterli olmadığı sonucuna ulaşıldı.

Abstract:
The Lepton-Specific Two-Higgs Doublet Model, which is a special type of the Two-Higgs Doublet Models, was considered as the model on which the theoretical basis of the thesis were built, since it can yield light Higgs bosons. The ATLAS and CMS collaborations have reported in their new published analyses that the experimental results deviate from the SM predictions in the region where the muon pair invariant mass is about 28 GeV. The Lepton-Specific Two-Higgs Doublet Model can be a candidate to explain this deviation observed with its proposed charge-parity odd Higgs with a mass about 28 GeV. After the mass spectrum of the model was calculated, light Higgs bosons were obtained. It was seen that charge-parity odd Higgs "$A$"  could explain this deviation observed in 28 GeV muon pairs ($m_{\mu\mu}\sim 28$ GeV)  via the charge-parity odd Higgs $A$ muon pair decay channel ($A \rightarrow \mu^\pm  \mu^\pm$). As a result of the analysis of $\sigma (pp\rightarrow bbA\rightarrow bb\mu^\pm\mu^\pm)$ events made in the thesis, it was shown that there was a deviation from the Standard Model predictions of $1,5 \sigma$ at 8 TeV center of mass energy and  $2 \sigma$ at 13 TeV center of mass energy for $\tan\beta \sim 12$ and $m_A \sim 28$ GeV, and the value of the deviation decreases when $\tan\beta$ increases.  Finally, the signal characteristics that the analysis will leave on the CMS detector were considered. The effect of the limitations in the CMS report on the signal and the background was considered by selecting the top quark pair production and lepton pair production as backgrounds with b jets that could suppress the signal. When the mass of the charge-parity odd Higgs is about 28 GeV, the analysis performed in the thesis showed that the muon pair signal has similar properties to the analysis made in the CMS report and that deviation from the predictions of the Standard Model can be obtained by the charge-parity odd Higgs $A$ suggested by Lepton-Specific Two Higgs Doublet Model.  While considering the low $\tan\beta \sim 12$ region throughout the thesis, it was concluded that the current detector sensitivity and center of mass energy are not sufficient for the large $\tan\beta$ region.