Resumo: Esta tese apresenta dois tópicos complementares desenvolvidos no Experimento CMS
do Large Hadron Collider (LHC): um estudo sobre o monitoramento da luminosidade a
partir da produção de bósons Z e a busca dedicada por monopólos magnéticos, partículas
hipotéticas que, se descobertas, transformariam a nossa compreensão da física fundamental.
O método denominado ZCounting estabelece uma abordagem baseada em dados para
medir e monitorar a luminosidade integrada a partir da contagem do número de bósons
Z. Esse método é caracterizado pela sua estabilidade de longo prazo e consistência entre
diferentes anos do período de tomada de dados, especialmente relevantes à medida que o
LHC caminha para condições de maior luminosidade e pile-up. A robustez, linearidade e
independência de calibrações externas desse método são avaliadas usando os primeiros
conjuntos de dados do Run 3.
O foco da tese consiste na busca por monopólos magnéticos em colisões próton-próton a
√
s = 13 TeV. Motivada pela proposição original de Dirac, a análise foca em monopólos com
carga magnética unitária (gD = 1) e massas na escala de TeV, dentro do alcance do detector
CMS. As simulações de sinal abrangem os principais mecanismos de produção, como
Drell–Yan e a fusão de fótons, considerando os estados de spin 0 e spin 1/2. Devido à sua
carga magnética extremamente elevada, os monopólos causam uma saturação considerável
no detector de pixels do CMS e produzem depósitos de energia altamente localizados no
ECAL, semelhantes a “picos” de ruído. Essas características atípicas, especialmente no
ECAL, ativam mecanismos de rejeição projetados para suprimir contribuições de ruído, o
que reduz significativamente a eficiência dos triggers padrões do CMS para tais eventos.
Para esta análise, duas estratégias foram desenvolvidas. A primeira explora semelhanças
com fótons de alta energia, utilizando triggers do tipo SinglePhoton, enquanto a segunda
interpreta a rejeição do sinal considerada como contribuição de energia transversal perdida
(MET), permitindo uma busca por meio de triggers PFMET. Ambas as estratégias utilizam
observáveis — como o dE/dxSignificance, capturando a sua alta capacidade de ionização, e
f51 caracterizando o padrão comapcto de energia. Devido À peculiar natureza do sinal,
um método baseado em dados é utilizado para a estimativa de eventos de fundo.
Os resultados finais, derivados do conjunto completo de dados do Run 2, sem a consideração
da região de sinal, estabelecem os limites esperados mais restritivos até hoje para a produção
de monopólos no experimento CMS. Este trabalho expande os limites da sensibilidade
experimental a monopólos magnéticos, ao mesmo tempo em que contribui para o conjunto
de ferramentas de precisão necessário para a operação em alta luminosidade por meio do
monitoramento da luminosidade baseado em bósons Z. |
