Στην διατριβή αυτή μελετάμε την αναζήτηση φυσικής πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου, σε γεγονότα με αδρονικούς πίδακες στη τελική κατάσταση, χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του πειράματος CMS από συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου με ενέργεια κέντρου μάζας στα 13 TeV. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζουμε την ερευνα για αναζήτηση συντονισμών χρησιμοποιώντας γεγονότα με δύο αδρονικούς πίδακες στη τελική κατάσταση, μελετώντας το φάσμα της αναλλοίωτης μάζας τους χρησιμοποιώντας παραμετρικές μεθόδους για την περιγραφή της. Εν συνεχεία παρουσιάζουμε την τρέχουσα ανάλυση που αφορά στην αναζήτηση νέας φυσικής σε γεγονότα με τέσσερις αδρονικούς πίδακες στην τελική κατάσταση, ανά δύο προερχόμενοι από πιθανό νέο συντονισμό, που πραγματοποιείται για πρώτη φορά στον LHC. Αφορμή για την αναζήτηση αυτή έχει σταθεί το γεγονός με την υψηλότερη αναλλοίωτη μάζα στην πρώτη ανάλυση, που έχει χαμηλή πιθανότητα να προέρχεται από το κύριο υπόβαθρο της Κβαντικής Χρωμοδυναμικής. Και για τις δύο αναλύσεις, παρουσιάζουμε λεπτομερείς μελέτες της ποιότητας των συλλεγόμενων δεδομένων και της σταθερότητάς τους σαν συνάρτηση του χρόνου, καθώς και μελέτες για τον προσδιορισμό της απόδοσης του σκανδαλισμού. Μετά παρουσιάζουμε την βελτιστοποίηση των κριτηρίων επιλογής σήματος. Στην συνέχεια παρουσιάζουμε την εκτίμηση του κύριου υποβάθρου και των συστηματικών του αβεβαιοτήτων από τα πραγματικά δεδομένα μέσω προσαρμογών με χρήση εμπειρικών συναρτήσεων. Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στις υψηλές μάζες (> 8 ΤeV) συντονισμών, που παρατηρείται και περίσσεια δεδομένων σε σχέση με την πρόβλεψη από το καθιερωμένο πρότυπο. Τα τελικά αποτελέσματα περιλαμβάνουν την εξαγωγή ανώτερων ορίων στην διαφορική ενεργό διατομή παραγωγής νέων σωματιδίων, αλλά και στην μάζα και την σταθερά σύζευξής τους χρησιμοποιώντας πλειάδα μοντέλων νέας φυσικής. Επιπρόσθετα, προσδιορίζονται και οι σημαντικότητες (τοπική και ολική) όπου παρατηρείται περίσσεια δεδομένων σε σχέση με την πρόβλεψη από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Παράλληλα με την ανάλυση φυσικής, παρουσιάζουμε αποτελέσματα σχετικά με τη διόρθωση της ενέργειας των αδρονικών καταιγισμών όλων των διαφορετικών τύπων, οι οποίες χρησιμοποιούνται από όλες τις αναλύσεις του πειράματος. Τέλος, δίνουμε την σύνοψη αλλά και τις δυνατότητες αυτών των αναζητήσεων με τα δεδομένα που αναμένονται για στην Run III (2022-2025) και τo High Luminosity LHC (2025-onwards).
Prospects for Higgs physics with an upgraded CMS detector at the high-luminosity LHC
