Search for Supersymmetry in Final States with a Single Lepton, B-Quark Jets, and Missing Transverse Energy at the CMS experiment

Author: 
Niklas Pietsch
Date: 
Oct 2014

Thesis Type:

Supersymmetry constitutes an attractive extension of the Standard Model of particle physics. It provides a natural Dark Matter candidate and is able to resolve the hierarchy problem. If Supersymmetry is a natural solution of the hierarchy problem, the supersymmetric partner particles of the top and the bottom quark may be copiously produced in proton-proton collisions at the Large Hadron Collider, resulting in final states with isolated leptons, jets, some of which originate from a bottom quark, and missing transverse energy.

In this thesis, the first search for Supersymmetry in events with a single lepton, bottom quark-jets, and missing transverse energy at the Compact Muon Solenoid experiment is presented. This search is one of the worldwide first analyses that directly probe natural Supersymmetry. The search is performed with proton-proton collision data recorded at a center-of-mass energy of 7 TeV during 2011, corresponding to an integrated luminosity of 4.98/fb. To minimize the systematic uncertainties of the measurement, the expected background from Standard Model processes is modeled with a data-driven method. No significant deviation from the Standard Model prediction is observed. Therefore, the results are interpreted as exclusion limits upon the parameters of the Constrained Minimal Supersymmetric Standard Model and a simplified model with four top quarks in the final state. In preparation of the next data-taking periods, where proton-proton collisions at envisaged center-of-mass energies of 13 and 14 TeV will open up new kinematic regions with a large discovery potential for physics beyond the Standard Model, prospects of measuring dijet-mass endpoints resulting from gluino decays are investigated.

In dieser Arbeit wird die erste Suche nach Supersymmetrie in Ereignissen mit einem einzelnen Lepton, Bottom-Quark-Jets und fehlender transversaler Energie am Compact-Muon-Solenoid-Experiment vorgestellt. Die Suche basiert auf Daten, die während Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV im Jahr 2011 aufgezeichnet wurden und einer integrierten Luminosität von 4.98/fb entsprechen. Um die systematischen Unsicherheiten der Messung zu minimieren, wird der erwartete Untergrund von Standard-Modell-Prozessen mithilfe einer Daten-getriebenen Methode modelliert. Es wird keine signifikante Abweichung zur Standard-Modell-Vorhersage beobachtet. Daher werden Ausschlussgrenzen auf die Parameter des Constrained Minimal Supersymmetric Standard Model und eines vereinfachten Modells mit vier Top-Quarks im Endzustand gesetzt. In Vorbereitung auf die nächsten Datennahme-Perioden, in denen Proton-Proton-Kollisionen bei geplanten Schwerpunktsenergien von 13 und 14 TeV neue kinematische Regionen mit einem großen Entdeckungspotential für Physik jenseits des Standard Modells eröffnen, wird die Möglichkeit untersucht, Zweijet-Massen-Endpunkte, die von Gluino-Zerfällen resultieren, zu messen.

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