Measurements of the charge asymmetry in top quark pair production at the LHC with the ATLAS detector

Resumen

El quark top, descubierto en 1995 en los experimentos CDF y D0 en el colisionador protón-antiprotón Tevatron en Fermilab (Chicago, USA), es la partícula elemental más pesada conocida, con una masa comparable a la de un átomo de tungsteno. Esta propiedad, no explicada por el Modelo Estándar, confiere al quark top un papel especial en el contexto de modelos teóricos más allá del Modelo Estándar, muchos de los cuales predicen nuevas partículas que se acoplan preferentemente al quark top debido a su alta masa. Después de una década de estudios en el Tevatron (2001-2011), no se han descubierto indicios significativos de nueva física en las propiedades del quark top. La única excepción es la medida de la asimetría adelante-atrás en la producción de parejas top-antitop en colisiones protón-antiprotón en el Tevatron, donde se han encontrado un exceso de aproximadamente dos desviaciones estándar con respecto a la predicción del Modelo Estándar. Esta medida indica que en promedio los quarks top en sucesos top-antitop se producen en la dirección del haz de protones con mayor frecuencia que los quarks antitop. Aunque el Modelo Estándar predice una pequeña asimetría adelante-atrás debido a la interacción fuerte, la presencia de nuevas partículas pesadas contribuyendo a la producción de parejas top-antitop podría dar lugar a un exceso como el observado. Por desgracia, tras el cese de operaciones del Tevatron en Septiembre del 2011, el análisis de todos los datos de los experimentos CDF y D0 no han permitido alcanzar una conclusión definitiva con respecto a esta anomalía. Esta tesis doctoral está centrada en la medida de precisión de la asimetría de carga en la producción de parejas top-antitop en colisiones protón-protón en el LHC usando las muestras completas de datos acumulados por el detector ATLAS a energías del centro de masas de 7 TeV y 8 TeV, correspondientes a luminosidades integradas de aproximadamente 5 fb-1 y 20 fb-1, respectivamente. La asimetría de carga AC en el LHC, relacionada con la asimetría adelante-atrás en el Tevatron, es sensible a los mismos efectos de nueva física que causarían una desviación en las medidas del Tevatron. En esta tesis doctoral se utiliza el canal semileptónico para hacer medidas inclusivas y diferenciales de la asimetría de carga en sucesos top-antitop. La cinemática de producción de la pareja top-antitop es reconstruida a partir del productos de la desintegración semileptónica y un metodo de unfolding bayesiano es utilizado para estimar AC al nivel partónico. Usando los datos a 7 TeV, se ha alcanzado una precisión 1% en la medida de la asimetría de carga a nivel inclusivo. También se han realizado medidas diferenciales en función de la masa invariante, ángulo de producción con respecto al eje del haz de protones y momento transverso de la pareja top-antitop. Usando los datos a 8 TeV, la precisión obtenida es de 0.5% en la medida de la asimetría de carga a nivel inclusivo, y también se ha realizado la medida diferencial en función de la masa invariante de la pareja top-antitop. La comparación de todas las medidas con las predicciones teóricas indican consistencia con el Modelo Estándar.