Thesis:

A study on invariant mass reconstruction techniques for a boosted tau pair, in the context of boosted Higgs pair searches in the b̅bτhadτhad channel at the LHC with the ATLAS detector

The LHC has proven to be one of the most ambitious and powerful particle colliders to date, being capable to explore the TeV energy scale and to produce a particle compatible with the Higgs boson, such discovery was confirmed in 2012 by the CMS and ATLAS experiments. While exploring possibilities for physics beyond the Standard Model, the ATLAS collaboration further searches for heavy resonances decaying into a Higgs boson pair. The understanding of the final states involving the decays of a pair of Higgs bosons are crucial channels in the search of heavy resonances, which are predicted by theories encompassed in minimal supersymmetric Standard Model extensions or other theories beyond the Standard Model. A pair of highly collimated tau leptons in the final state challenges the reconstruction of Higgs particles due to the partial overlap of the hadronic tau jets in the detector. Particularly, in this work, we studied the boosted topology of the decay chain X → hh → b¯bτ+τ− in a fully hadronic final state, implementing a reconstruction technique for the invariant mass of a boosted tau pair, applying the collinear mass approximation method and compare the results with the visible decay system.

El LHC ha demostrado ser uno de los colisionadores de partículas más ambiciosos y potentes hasta la fecha, capaz de explorar la escala de energía de los TeV y de producir una partícula compatible con el bosón de Higgs; dicho descubrimiento fue confirmado en 2012 por los experimentos CMS y ATLAS. En el marco de la búsqueda de física más allá del Modelo Estándar, la colaboración ATLAS investiga la existencia de resonancias pesadas que se desintegran en un par de bosones de Higgs. El estudio de los estados finales que involucran la desintegración de un par de bosones de Higgs constituye un canal fundamental en la búsqueda de resonancias pesadas, predichas por teorías que abarcan extensiones supersimétricas mínimas del Modelo Estándar u otros modelos teóricos que trascienden dicho Modelo. La presencia de un par de leptones tau altamente colimados en el estado final dificulta la reconstrucción de los bosones de Higgs, debido al solapamiento parcial de los chorros (jets) hadrónicos de los leptones tau dentro del detector. En este trabajo, analizamos específicamente la topología de alta energía (o «boosted») de la cadena de desintegración X → hh → b¯bτ+τ− en un estado final totalmente hadrónico; para ello, implementamos una técnica de reconstrucción de la masa invariante de un par de leptones tau altamente colimados, aplicando el método de aproximación de masa colineal, y comparamos los resultados obtenidos con los del sistema de desintegración visible.