Abstract in english: The goals of the scientific program of the Higgs boson physics at Future Colliders are: the improvement of the precision on the fermions and bosons coupling measurements, as deviation from the Standard Model could reveal New Physics, and measurement of Higgs boson self-couplings, that enable to determine the Higgs boson potential. The muon collider is a possible future machine in which these physics goals can be reached with enough precision. Indeed, at the high center of mass energies, in the regime of multi-TeV and with the luminosity conditions that are foreseen for such a machine, the single, double and triple Higgs bosons production rates will be high enough to meet the required precision and determine the Higgs potential. However, physics measurements at muon collider can be strongly affected by the huge amount of background that comes from the muon decays along the beam line. The purpose of this thesis is two fold. The first one is to study the properties of the beam-induced background and the proposed mitigation strategies that are necessary to reduce it, with full detector simulation, at a muon collider. In this environment the reconstruction of physical objects, like hadronic jets produced by the fragmentation of quarks is studied. The second one is the evaluation of the sensitivity on the Standard Model double Higgs production cross section measurement at 3 TeV center of mass energy. This analysis is the foundation for the evaluation of the sensitivity on the determination of the Higgs boson trilinear self-coupling at a muon collider. Abstract in italiano: Gli obiettivi del programma scientifico riguardante la fisica del bosone di Higgs ai collisori futuri sono: un aumento della precisione nelle misure degli accoppiamenti ai fermioni e ai bosoni, poiché deviazioni dal Modello Standard possono rivelare nuova fisica, e le misure degli auto-accoppiamenti del bosone di Higgs, che permettono di determinare il potenziale del bosone di Higgs. Il collisore di muoni è un possibile collisore futuro in cui tali obiettivi possono essere raggiunti con sufficiente precisione. Infatti ad energie del centro di massa, nel range del Multi-TeV, e alle condizioni di luminosità previste per tale collisore, i rate di produzione di singolo, doppio e triplo Higgs sono sufficienti per raggiungere le precisioni richieste e determinare il potenziale di Higgs. Tuttavia, le misure di fisica a un collisore di muoni possono essere affette dall’alto livello di fondo indotto dal fascio che deriva dal decadimento dei muoni lungo la linea di fascio. Questa tesi ha un duplice obiettivo: il primo è di studiare le proprietà del fondo indotto dal fascio e le strategie necessarie per ridurlo tramite una simulazione dell’intero detector del collisore di muoni. In tale contesto la ricostruzione di oggetti fisici come jets adronici prodotti dalla frammentazione dei quark sono studiati. Il secondo è la stima della sensitività sulla misura della sezione d’urto di produzione del doppio Higgs all’energia del centro di massa di 3 TeV. Questa analisi è la base per la stima della sensitività nella determinazione dell’ auto-accoppiamento trilineare del bosone di Higgs a un collisore di muoni

Study of mitigation strategies of beam-induced background and Higgs boson couplings measurements at a muon collider.

Buonincontri, Laura
2020/2021

Abstract

Abstract in english: The goals of the scientific program of the Higgs boson physics at Future Colliders are: the improvement of the precision on the fermions and bosons coupling measurements, as deviation from the Standard Model could reveal New Physics, and measurement of Higgs boson self-couplings, that enable to determine the Higgs boson potential. The muon collider is a possible future machine in which these physics goals can be reached with enough precision. Indeed, at the high center of mass energies, in the regime of multi-TeV and with the luminosity conditions that are foreseen for such a machine, the single, double and triple Higgs bosons production rates will be high enough to meet the required precision and determine the Higgs potential. However, physics measurements at muon collider can be strongly affected by the huge amount of background that comes from the muon decays along the beam line. The purpose of this thesis is two fold. The first one is to study the properties of the beam-induced background and the proposed mitigation strategies that are necessary to reduce it, with full detector simulation, at a muon collider. In this environment the reconstruction of physical objects, like hadronic jets produced by the fragmentation of quarks is studied. The second one is the evaluation of the sensitivity on the Standard Model double Higgs production cross section measurement at 3 TeV center of mass energy. This analysis is the foundation for the evaluation of the sensitivity on the determination of the Higgs boson trilinear self-coupling at a muon collider. Abstract in italiano: Gli obiettivi del programma scientifico riguardante la fisica del bosone di Higgs ai collisori futuri sono: un aumento della precisione nelle misure degli accoppiamenti ai fermioni e ai bosoni, poiché deviazioni dal Modello Standard possono rivelare nuova fisica, e le misure degli auto-accoppiamenti del bosone di Higgs, che permettono di determinare il potenziale del bosone di Higgs. Il collisore di muoni è un possibile collisore futuro in cui tali obiettivi possono essere raggiunti con sufficiente precisione. Infatti ad energie del centro di massa, nel range del Multi-TeV, e alle condizioni di luminosità previste per tale collisore, i rate di produzione di singolo, doppio e triplo Higgs sono sufficienti per raggiungere le precisioni richieste e determinare il potenziale di Higgs. Tuttavia, le misure di fisica a un collisore di muoni possono essere affette dall’alto livello di fondo indotto dal fascio che deriva dal decadimento dei muoni lungo la linea di fascio. Questa tesi ha un duplice obiettivo: il primo è di studiare le proprietà del fondo indotto dal fascio e le strategie necessarie per ridurlo tramite una simulazione dell’intero detector del collisore di muoni. In tale contesto la ricostruzione di oggetti fisici come jets adronici prodotti dalla frammentazione dei quark sono studiati. Il secondo è la stima della sensitività sulla misura della sezione d’urto di produzione del doppio Higgs all’energia del centro di massa di 3 TeV. Questa analisi è la base per la stima della sensitività nella determinazione dell’ auto-accoppiamento trilineare del bosone di Higgs a un collisore di muoni
2020-10
86
muon collider, background, Higgs couplings, Higgs self-couplings
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12608/22861