Medición de las secciones eficaces inclusivas y diferenciales de la producción asociada de un par de quarks top y un bosón w, y búsqueda de leptoquarks en estados finales con múltiples leptones con el detector atlas

Resum

Aquesta dissertació presenta un ampli espectre d’anàlisis físiques que contenen múltiples leptons i jets etiquetats com a $b$-jets a l’estat final, usant les dades de col·lisions protó-protó a una energia del centre de masses de $\sqrt{s} = 13$ TeV registrats pel detector ATLAS del Gran Col·lisionador d’Hadrons (LHC, per les sigles en anglès). S’utilitza el conjunt de dades del Run 2 complet, que correspon a una lluminositat integrada de 139 fb$^{-1}$. La dissertació s’estructura al voltant de dos eixos principals. El primer eix se centra en el mesurament de la secció eficaç inclusiva i diferencial de la producció associada d’un parell de quarks top i un bosó $W$ (\ttW). Aquesta mesura està molt motivada a causa de les tensions observades a l’anàlisi de les dades per part dels experiments ATLAS i CMS. El modelatge teòric d’aquest procés representa un gran desafiament a causa de correccions d’ordre superior importants, cosa que requereix un gran esforç per aconseguir una simulació precisa d’aquesta contribució. El mesurament es realitza tant de manera inclusiva com a diferencial, on es corregeixen per efectes experimentals diversos observables. La secció eficaç de \ttW es mesura consistentment més alta que la predicció del Model Estàndard (SM, per les sigles en anglès) per un factor de $\mu_{\ttW}$=1.46$^{\,+0.14}_{ \,-0.13}$. El segon eix se centra en la recerca de física més enllà del SM (BSM, per les sigles en anglès) i, en particular, en la cerca de leptoquarks. Els leptoquarks són un dels escenaris BSM més afavorits per descriure les intrigants desviacions reportades a les desintegracions de mesons $B$ per part dels experiments LHCb i les fàbriques de $B$. Aquesta tesi té com a objectiu la producció de leptoquarks en parells amb una massa a l’escala del TeV, cadascun dels quals s’acobla simultàniament amb un quark top i un leptó ($e,\, \mu,\, \tau$- leptó). Aquest esforç es divideix en dues cerques dedicades als estats finals $t\ell t\ell$ i $t\tau t\tau$, respectivament. No es troba un excés significatiu en les dues cerques, i s’estableixen els límits superiors més restrictius fins a la data a la secció eficaç del senyal, així com en la fracció de desintegració, en funció de la massa del leptoquark per a diversos models de leptoquarks escalars i vectorials. En la cerca de $t\ell t\ell$, s’exclou un leptoquark escalar amb una massa d’aproximadament 1.6 TeV amb un nivell de confiança del 95\%, assumint que decau exclusivament en $te$ o $t\mu$. L’exclusió més estricta per a un leptoquark vector arriba als 2.0 TeV. A la cerca $t\tau t\tau$, les exclusions corresponents per als mateixos tipus de leptoquarks escalars i vectorials són d’aproximadament 1.4 TeV i 1.8 TeV, respectivament. Aquestes cerques també es combinen amb altres cerques de leptoquarks a ATLAS, millorant significativament la sensibilitat.