Studio del decadimento raro H-> phi gamma con l'Esperimento CMS

This thesis project searches for the rare decay of the Higgs boson in a phi meson and a photon, performed with proton-proton collision data corresponding to an integrated luminosity of 39.35/fb collected at a center of mass energy of 13 TeV with the CMS detector at the LHC. This process has been suggested as a probe of the Higgs boson coupling to the second generation of quarks. The strategy of the analysis consists in identifying events exploiting the phi meson decay phi -> K+K-. The event must be also characterized by the presence of a high-energy and isolated photon. The general idea is to search for those jets with the highest transverse momentum in the event and, thereafter, choose the charged pair within jets whose properties best match with ones of a pair of charged kaons coming from a phi. The branching ratio of this process is determined measuring the number of signal events extracted from a fit on the invariant mass spectrum of the two kaons and the photon. Therefore, an entire selection procedure has been developed in order to discriminate the signal-like events and reject the background. Before applying the selection procedure to the data, Monte Carlo simulations have been used to study the specific kinematics of this process and to define the signal distribution. After a hypothesis testing, based on a p-value calculation and CLs method, that leads to a determination of an upper limit for the branching ratio of the process: BR(H -> phi gamma) < 4.1 × 10e-4 at 95% CL.

Questo progetto di tesi verte sulla ricerca del decadimento raro del bosone di Higgs in un mesone phi e un fotone, effettuata sui dati raccolti dal rivelatore CMS a LHC con energia del centro di massa per collisioni protone protone pari a 13 TeV, corrispondenti a una luminosità integrata di 39.35/fb. Il processo H-> phi gamma si propone come prova dell'accoppiamento del bosone di Higgs con i quark di seconda generazione. Sfruttando il decadimento del mesone phi in due kaoni di carica opposta, la strategia dell'analisi consiste nell'identificazione di eventi caratterizzati da due tracce cariche ad alto impulso trasverso e un fotone ad alta energia trasversa. L'idea generale è di selezionare i jet col più alto impulso trasverso per ogni evento e, quindi, scegliere le coppie di tracce cariche all'interno del jet le cui proprietà combacino con quelle di una coppia di kaoni proveniente dal decadimento di un mesone phi. Il branching ratio del processo è determinato dalla misura del numero di eventi di segnale estratto dal fit dello spettro massa invariante dei due candidati kaoni e del fotone. Quindi, è stata sviluppata una procedura di selezione al fine di discriminare gli eventi di segnale e rigettare il fondo. Prima di applicare la procedura di selezione sui dati, sono state utilizzate simulazioni Monte Carlo per lo studio della cinematica del processo e per definire la distribuzione di segnale. Un test di ipotesi, basato su test del p-value e applicazione del metodo CLs , ha portato alla determinazione di un limite superiore al branching ratio del processo in esame pari a BR(H -> phi gamma) < 4.1 × 10e-4 at 95% CL.