Study of lepton pair production by photon-photon fusion with tagged protons with the CMS experiment

Abstract

No Grande Colisor de Hádrons (LHC, sigla em inglês para Large Hadron Collider), localizado no CERN (Genebra-Suíça), feixes de prótons colidem a energia de centro de massa de 13 TeV. Existem quatro pontos de colisão, onde os grandes experimentos foram colocados para estudar o produto dessas colisões. Nesta dissertação, iremos focar apenas no experimento Solenoide Compacto de Múons (CMS, sigla em inglês para Compact Muon Solenoid). O subdetector Espectrômetro de Prótons de Precisão (PPS, sigla em inglês para Precision Proton Spectrometer), do CMS, consiste em um sistema de trajetografia de silício para medir a posição e direção de prótons espalhados em pequenos ângulos e contadores de tempo para medir seus tempos de voo com alta precisão. O PPS está localizado a cerca de 200 m do ponto de interação, numa região bastante frontal nos dois lados do CMS. Um dos propósitos do subdetector PPS é estudar as produções central exclusiva e semi-exclusiva em colisões com alto nível de empilhamento, incluindo a produção de pares de bósons W e Z por fusão de fótons. Tal processo é caracterizado pela reação p + p → p⁽*⁾ ⊕ X ⊕ p⁽*⁾, onde ⊕ representa lacunas de rapidez, X é o sistema central e p⁽*⁾ são os prótons de estado final, que podem dissociar em um estado de baixa massa (p*), no caso semi-exclusivo. Nesta dissertação, é apresentado um estudo de produção de pares de múons via fusão de fótons para os dados do CMS coletados durante o ano de 2017, com o objetivo de reproduzir a análise do artigo (CMS AND TOTEM COLLABO RATIONS, 2018) com dados e detector atualizados, estudar e utilizar a informação do PPS como principal ferramenta de discriminação entre eventos de sinal e ruído e preparar a metodologia, que será usada em análises futuras de medições de estados de alta massa e procura por acoplamentos anômalos e nova física.