Thesis:

A Search For Vector-Like Lepton with Long-Lived Particles in the CMS Detector

This thesis presents the development and results of a search for long-lived particles (LLPs) decaying into electromagnetic final states, motivated by a simplified model involving heavy vector-like leptons (VLLs). The analysis is based on the full Run 2 dataset recorded with the CMS detector at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1 at √s = 13 TeV. The search targets displaced electromagnetic showers produced by LLP decays into photon pairs (aτ → γγ), reconstructed exclusively in the muon detectors. To identify these events, dedicated reconstruction algorithms were developed to cluster energy deposits in the Drift Tube (DT) and Cathode Strip Chamber (CSC) systems, independent of tracking information. Backgrounds are estimated using a data-driven technique based on a parametric transfer factor derived from control regions. A comprehensive study of systematic uncertainties was carried out. The results set the first experimental constraints on this model, excluding VLL masses up to 700 GeV for proper decay lengths around 0.005–2.4 meters. These findings demonstrate the effectiveness of using the muon system to explore signatures of new physics beyond the Standard Model.

Esta tesis presenta el desarrollo y los resultados de una búsqueda de partículas de vida larga (LLPs) que decaen en estados finales electromagnéticos, motivada por un modelo simplificado que involucra leptones vectoriales pesados (VLLs). El análisis se basa en el conjunto completo de datos del Run 2 registrado con el detector CMS en el CERN LHC, correspondiente a una luminosidad integrada de 138 fb⁻¹ a √s = 13 TeV. La búsqueda se centra en duchas electromagnéticas desplazadas producidas por decaimientos de LLP en pares de fotones (aτ → γγ), reconstruidas exclusivamente en los detectores de muones. Para identificar estos eventos, se desarrollaron algoritmos de reconstrucción dedicados para agrupar depósitos de energía en los sistemas de Drift Tube (DT) y Cathode Strip Chamber (CSC), independientemente de la información de seguimiento. Los fondos se estiman mediante una técnica basada en datos que utiliza un factor de transferencia paramétrico derivado de regiones de control. Se llevó a cabo un estudio exhaustivo de las incertidumbres sistemáticas. Los resultados establecen las primeras restricciones experimentales para este modelo, excluyendo masas de VLL de hasta 700 GeV para longitudes propias de decaimiento en el rango de aproximadamente 0,005 a 2,4 metros. Estos hallazgos demuestran la efectividad de utilizar el sistema de muones para explorar señales de nueva física más allá del Modelo Estándar.