Search for new phenomena in events with a high-energetic jet and missing transverse momentum with the ATLAS detectora

En esta tesis se presenta una búsqueda de nuevos fenómenos en sucesos de colisiones entre protones con un chorro de hadrones (jet) energético y un gran momento transverso faltante en el estado final. El análisis se realiza con un conjunto de datos recogido en 2015 y 2016 por el detector ATLAS con una energía de centro de masa de 13 TeV, correspondiente a una luminosidad integrada de 36,1 fb⁻¹. Muchas teorías más allá del Modelo Estándar predicen una abundancia de eventos con un momento transverso faltante muy alto sobre los eventos esperados de los procesos de fondo del Modelo Estándar. La selección de eventos requiere como máximo cuatro jets, un jet principal con pT > 250 GeV, ETmiss > 250 GeV y sin leptones reconstruidos en el estado final. Requisitos adicionales aseguran que los datos se correspondan con un detector completamente operativo y suprimen las contribuciones de fondo de los eventos multijet y eventos inducidos por los haces y muones cósmicos. Se definen cuatro regiones de control ortogonales a la región de señal que requieren electrones o muones en el estado final. Estas regiones de control se utilizan para estimar los fondos principales en la región de señal que provienen de la producción de W/Z + jets, y para restringir las incertidumbres relacionadas con W/Z+jets y la producción de top-quarks. La producción de los sucesos Z (-> νν)+jets y W (-> τν)+jets constituyen los fondos dominantes. Se estiman en un ajuste de probabilidad simultánea a las distribuciones en las regiones de control. Por lo tanto, la predicción de Monte Carlo de todos los procesos V+jets se vuelve a ponderar de acuerdo con los órdenes más altos en el cálculo perturbativo: NNLO QCD y nNLO EW. Con el conocimiento de las correlaciones entre los diferentes procesos y la propagación de errores en diferentes regiones del pT del bosón, todos los procesos de V + jets pueden combinarse con un solo factor de escala que se obtiene por el ajuste simultáneo a los datos en las regiones de control. Un segundo factor de escala asignado a la normalización controlada por datos del fondo del quark top es un parámetro libre en el ajuste. Estos factores de escala obtenidos se aplican a los respectivos fondos en el SR para obtener la estimación de fondo final. Dado que los datos están de acuerdo con la predicción de fondo del Modelo Estándar y no hay exceso significativo, los resultados se interpretan en términos de límites de exclusión en varios modelos: el modelo ADD de dimensiones extra espaciales, los procesos de supersimetría que involucran escenarios comprimidos y producción de materia oscura en modelos simplificados. Los límites existentes de los análisis ATLAS anteriores se han mejorado en un 15-30%. Los límites de los modelos ADD de dimensiones adicionales se establecen en el espacio de parámetros de n (número de dimensiones adicionales) y MD(reducción de la masa de Planck en n dimensiones adicionales). Los límites alcanzan hasta MD= 7.74 TeV para n = 2 y MD=4.77 TeV para n = 6. Límites en la producción supersimétrica de squarks ligeros con una diferencia de masa de 5 GeV entre el squark y el neutralino alcanzan hasta 710 GeV en la masa del squark. Se excluye la producción de pares de stop (decaimiento a quark charm + neutralino) y de bbstom (decaimiento a b-quark + neutralino) hasta masas de squark de 430 GeV, en el escenario comprimido de masas de squarks y neutralino. La producción de pares de stop con un posterior decaimiento de cuatro cuerpos se excluye hasta 390 GeV para diferencias entre masas de stop y neutralino de hasta 7 GeV. En el caso de la producción de WIMPs, los límites se derivan en el plano de masa de materia oscura frente a masa del mediador. La masa máxima de mediador excluida es 1,55 TeV (masa de materia oscura baja), la masa máxima de materia oscura excluida es de 440 GeV con una masa de mediador de 1.2 TeV para un modelo de mediador vector-axial con producción en el canal s.A search for new phenomena in pp-collision events with a high-energetic jet and large missing transverse momentum is presented in this thesis. The analysis is carried out with a dataset collected in 2015 and 2016 by the ATLAS detector at a centre-of-mass energy of =13 TeV corresponding to an integrated luminosity of 36.1 fb⁻¹. Many theories beyond the Standard Model predict an abundance of events with very high missing transverse momentum over the events expected from Standard Model background processes. The event selection requires at most four jets, a leading jet with pT >250 GeV, missing transverse momentum with formula ETmiss >250 GeV and no reconstructed leptons. Additional requirements ensure that the data corresponds to a fully operational detector and suppress background contributions from multijet events (mismeasured jet momenta) and non-collision events (beam induced, comsic muons). Four control regions are defined orthogonal to the signal region requiring either electrons or muons in the final state. These control regions are utilised to estimate the major backgrounds in the signal region stemming from vector-boson+jets production and to constrain the uncertainties related to the former and to top-quark production. The production of Z(->νν)+jets and W(->τν)+jets constitute the dominant backgrounds. They are estimated in a simultaneous likelihood fit to the formula distributions in the control regions. Therefore, the Monte Carlo prediction of all W/Z+jets processes is reweighted according to the predictions from higher-orders perturbative calculations: next-to-leading order in QCD and next-to-next-to-leading order in EW precision. With the knowledge of the correlations among different processes and the error propagation in different regions of boson-pT, all W/Z+jets processes can be combined with one single scale factor that is obtained by the simultaneous fit to the data in the control regions. A second scale factor assigned to the data-driven normalisation of the top-quark background is a free parameter in the likelihood fit. These obtained scale factors are applied to the respective backgrounds in the SR to obtain the final background estimate. Since the data is in agreement with the Standard Model background prediction and no significant excess is present, the results are interpreted in terms of exclusion limits on various models: the model of ADD large extra spatial dimensions, Supersymmetry processes involving compressed scenarios and WIMP dark matter production in simplified models. Existing limits from previous ATLAS analyses have been improved by 15%-30%. Limits on ADD extra dimensions models are set in the parameter space of n (number of additonal dimensions) and (reduced Planck-mass MD in n extra dimensions). The limits reach up to MD = 7.74 TeV for n=2 and MD = 4.77 TeV for n=6. Limits in Supersymmetric production of light squarks with a mass splitting of 5 GeV between squark and neutralino mass reach up to 710 GeV in squark mass. The production of stop (decay to charm-quark+neutralino) and sbottom-pairs (decay to bottom-quark+neutralino) and same mass splittings is excluded up to squark masses of 430 GeV. The pair production of stop-quarks with a subsequent four-body decay is excluded up to 390 GeV for mass splittings of 7 GeV. In the case of WIMP DM production, limits are derived in the plane of dark matter mass vs. mediator mass. The maximum mediator mass excluded is 1.55 TeV (low dark matter mass), the maximum dark matter mass excluded is 440 GeV at mediator mass of 1.2 TeV for an s-channel axial-vector mediator model