Estudio del quark top en modelos de nueva física utilizando las infraestructuras Tier2 y Tier3 de Valencia

La física que se estudia con los grandes aceleradores de partículas ha aportado y está aportando importantes avances, logros y descubrimientos en la ciencia, especialmente en la Física de Altas Energías y en el Análisis de Datos Distribuidos. Uno de los aceleradores más importantes del mundo es el LHC (Large Hadron Collider), el cual, debido a su gran energía y luminosidad, ha abierto una nueva frontera y una nueva etapa en la física de partículas. El Modelo Estándar (SM) es actualmente el marco teórico que mejor explica la física de partículas estudiada en los experimentos de Física de Altas Energías. A partir de algunos estudios experimentales, como el problema de la jerarquía (divergencia entre valores teóricos y experimentales de algunos parámetros, como la constante de Fermi) o la oscilación de neutrinos (los neutrinos tienen masa a diferencia de lo predicho por el SM), se ha demostrado que esta teoría no es infalible y que para cierto intervalo de energía se debe buscar más allá de ella, a través de modelos en los cuales intervienen partículas exóticas que ésta es incapaz de predecir, denominados modelos Más Allá del Modelo Estándar (BSM). El descubrimiento de alguna de estas partículas sería señal de nueva física y por tanto, se podría extender y completar el SM. Las principales conclusiones que obtenemos de este estudio son: La infraestructura de computación y almacenamiento de datos para los experimentos del LHC son de un tamaño y complejidad sin precedentes. La solución adoptada por todos los experimentos del LHC ante tal reto ha sido un sistema distribuido basado en las tecnologías GRID. Las infraestructuras Tier2 y Tier3 del IFIC están siendo una pieza clave en la cadena de análisis y de simulación de datos del detector ATLAS. En este estudio se han recorrido todos los pasos que constituyen un análisis típico dentro de ATLAS. La producción de datos utilizando el software de ATLAS y el GRID ha sido un éxito, hemos preparado nuestro análisis en el marco de Athena y hemos podido obtener los primeros resultados. El estudio detallado de la producción de quarks top puede conseguir una sensibilidad muy alta para el descubrimiento de nueva física. Las características del top lo hacen especialmente interesante para la búsqueda de nuevos estados con color. Una posibilidad es la búsqueda de pares t-t o tbar-tbar, los cuales son inexistentes en el SM. Comparado con un colisionador p-pbar como el Tevatrón, el LHC tiene una gran ventaja en este tipo de búsquedas debido a la composición del protón, motivo por el cual la sección eficaz de producción de pares t-t a través de estados exóticos con color (dominado por uu-> X -> tt) disminuye más lentamente (a medida que la masa del par aumenta) que para el caso de pares t-tbar. Por este mismo motivo el proceso pp -> tbar tbar tiene una sección eficaz mucho menor que t-t y t-tbar, por eso no la hemos estudiado en este trabajo. Hemos estudiado la interferencia de diagramas de producción pp -> g* -> ttbar con la producción de pares t-tbar en el SM. Observamos un efecto significativo en el espectro de masas. Para el kkgluon en modelos con dimensiones adicionales Randall-Sundrum, la interferencia destructiva es dominante. Es imprescindible tener en cuenta este efecto en búsquedas de resonancias t-tbar con carga de color. El estudio de los errores sistemáticos en la sección eficaz abre un margen de error más amplio para calcular el valor de ésta. Se puede concluir que dicho error es aproximadamente constante (~0.005 pb) para una sección eficaz comprendida entre 500 y 2000 pb. Una medida que puede tener una sensibilidad elevada a nueva física es la medida de la asimetría de carga. En un colisionador simétrico (pp) como el LHC no se puede medir la asimetría forward-backward como hicieron los experimentos del Tevatrón, pero la asimetría de carga central puede aportar una sensibilidad parecida. Hemos estudiado la dependencia de dicha asimetría con los acoplamientos y la masa de una resonancia con carga de color. La asimetría de carga de los leptones formados en la desintegración de los quarks top proporciona una medida complementaria. Por un lado puede confirmar fenómenos observados en la asimetría de carga t-tbar, por otro lado tiene una sensibilidad adicional a la nueva física (debido a la polarización). La combinación de ambas asimetrías permite deducir limitaciones a los acoplamientos del nuevo estado. De este modo ATLAS debería complementar la medida de Ac(yc), lo cual ya está en marcha