Search for supersymmetry (SUSY) with topological variables at the LHC

Abstract

Bu tezin öncelikli amacı gelecekte yapılacak olan çarpıştırma deneylerindeki tek lepton kanallarında süpersimetri araştırmalarında kullanılabilecek W-stransverse kütle (MT2W) ve topness topolojik değişkenlerinin sinyalin istatistiksel anlamlılığındaki etki lerinin kıyaslanmasıdır. Bu tezde, ttbar+jets, boson+jets, single top+jets ve diboson gibi stop çift oluşumu ve kademeli bozunumunun ana arka plan olaylarının yanında Stau ortak yok oluşu seneryalorı sinyal örnekleri olarak kullanılmıştır. ttbar ve sinyal kademeli bozunumlarının yeterli matematiksel kısıtlamaları olmadığından ötürü bu yeni topolojik değişkenler MT ve HT gibi klasik değişkenlere alternative olarak önerilmiştir. Sinyal ve arka plan olaylarının daha önceki deneylerin ulaşamadığı enerjilerde üretilmesi gerektiği için Pythia ve Delphes gibi simülasyon programları bu olayları üretmek için kullanılmıştır. Bu örnekler pyROOT veri analiz sistemi ile kinematik ve topolojik gerekliliklere gore işlenmiştir. Sonuçlar göstermektedir ki, MT2W ve topness değişkenlerinin ikisine birden ayrı ayrı uygulanan kesintiler, sinyalin istatistiksel anlamlılığında kayda değer artışlar sağladı. Ayrıca bu iki topolojik değişken, sinyalin istatistiksel anlamlılığında yığıntı vakalı ve vakasız bütün sinyal senaryoları için neredeyse aynı sonuçları vermiştir.

The primary purpose of this thesis is to compare the effects on signal significance of the topological variables, W-stransverse mass (MT2W) and topness, which would be used in supersymmetry searches in the single lepton channels in the future collider experiments. In this thesis, Stau-coannihilation scenarios were used as signal samples along with the four major background events, ttbar+jets, boson+jets, single top+jets, and diboson, of supersymmetric top squark pair production and cascade decays. These brand new topological variables were proposed as an alternative to the classical variables such as MT and HT for background elimination due to the mathematically underconstrained nature of both ttbar and signal cascade decays. Since both the signal and the background samples were required to be produced at higher energies than the experiments conducted up to now, simulation programs such as Pythia and Delphes, were used to produce those samples. With the help of pyROOT data analysis framework, the samples are processed according to the kinematical and topological requirements. The results show that by applying a cut on both MT2W and topness variables separately, a significant increase in the statistical significance of the signal was obtained. Moreover, these variables almost gave the same significance results for all the signal scenarios with or without pile-up.