Titolo della tesi: Search for lepton flavor violation in τ→3μ muons decay with the Run3 data of the CMS experiment at LHC
La conservazione del numero leptonico è una delle simmetrie accidentali del Modello Standard che si è dimostrata non fondamentale in seguito all’osservazione delle oscillazioni dei neutrini. Tra i possibili processi con violazione del sapore leptonico (LFV), il decadimento del leptone τ in tre muoni (τ→3μ) rappresenta un processo particolarmente sensibile a scenari di nuova fisica che coinvolgono, ad esempio, mediatori pesanti o un settore di Higgs esteso.
Questa tesi presenta una ricerca del decadimento LFV τ→3μ utilizzando dati di collisioni protone–protone raccolti con il rivelatore CMS a un’energia nel centro di massa di 13.6 TeV durante il 2022 e il 2023, corrispondenti a una luminosità integrata di 62.2 /fb. L’analisi ha come obiettivo i leptoni τ prodotti nei decadimenti dei bosoni vettori. I candidati di segnale sono ricostruiti a partire da tre muoni provenienti da un vertice comune nel rivelatore e sono selezionati mediante tecniche multivariate. La procedura di analisi consiste nella ricerca di un picco nella distribuzione della massa invariante dei tre muoni, che in presenza di un segnale LFV mostrerebbe una risonanza in corrispondenza della massa del leptone τ (1.777 GeV).
Al momento della stesura, l’analisi è nella fase finale di revisione interna all’interno della Collaborazione CMS. Pertanto, i risultati rimangono "blind": i dati nella regione di segnale non sono utilizzati e si riporta solamente la sensibilità attesa, derivata da simulazioni del segnale.
Il limite superiore atteso sul branching ratio è Br(τ→3μ) < 7.2 x 1e-8 al livello di confidenza del 90%, ottenuto dalla combinazione dei dati del 2022 e del 2023.
La ricerca del processo τ→3μ è accompagnata da studi di prestazioni dell’elettronica di lettura aggiornata per il calorimetro elettromagnetico a barilotto di CMS, in preparazione per la fase del LHC ad alta luminosità (HL-LHC), documentati in Appendice. Misure presso fasci di test dimostrano che la nuova elettronica di front–end raggiunge una risoluzione in energia migliore dello 0.6% e una risoluzione temporale inferiore a 30 ps per elettroni da 50 GeV, pienamente entro le specifiche di progetto.