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[pt] BUSCA POR PARTÍCULAS TIPO ÁXION EM COLISÕES PBPB ULTRAPERIFÉRICAS NO EXPERIMENTO LHCB / [en] SEARCH FOR AXION-LIKE PARTICLES IN ULTRAPERIPHERAL PBPB COLLISIONS AT THE LHCB EXPERIMENT

RENATA FERREIRA LEITE CONSIDERA 17 October 2024 (has links)
[pt] O Modelo Padrão (MP) da física de partículas é atualmente a teoria mais aceita para descrever as interações fundamentais entre partículas elementares. No entanto, o modelo por si só não consegue explicar vários fenómenos, desde oscilações de neutrinos até matéria escura. Um enigma atual do MP é o chamado problema de CP forte. Embora se saiba que a simetria de Carga-Paridade (CP) é violada pelas interações fracas, ela é conservada pela interação forte com alta precisão. No entanto, a Lagrangeana do MP tem um termo que poderia permitir violação de CP induzida por interação forte, e apenas um extremo ajuste fino evitaria esse efeito. A solução poderia vir com a introdução de uma nova partícula, o áxion. Esta ideia foi posteriormente generalizada para uma classe mais ampla de partículas conhecidas como partículas tipo áxions (ALPs). Apesar de extensas pesquisas, nenhuma evidência de ALPs foi observada até hoje, sendo relatados apenas limites superiores em suas constantes de acoplamento. Esta dissertação descreve a busca por ALPs decaindo em um par de fótons em colisões ultraperiféricas de PbPb a uma energia de centro de massa de 5,02 TeV. Os dados correspondem a uma luminosidade integrada de 0,2 nb(-1) , coletados pelo experimento LHCb. A configuração frontal do detector LHCb é adequada para investigar ALPs de baixa massa, uma faixa desafiadora para outros detectores. Os candidatos a fótons são reconstruídos e identificados usando informações do calorímetro eletromagnético. Esta análise cobre uma faixa de massa de ALP de 3 a 10 GeV e acoplamentos de ALP-fótons de 10(-1) a 1 TeV(-1) . Embora a região de exclusão obtida seja pequena e se sobreponha a análises recentes, este estudo demonstra o potencial, no run 3 e além, do experimento LHCb para contribuir em pesquisas de ALP em colisões ultraperiféricas. / [en] The Standard Model (SM) of particle physics is currently the most accepted theory for describing the fundamental interactions among elementary particles. However, the model alone fails to explain several phenomena, from neutrino oscillations to dark matter. One current puzzle of the SM is the so-called strong CP problem. Although Charge-Parity (CP) symmetry is known to be violated by the weak interactions, it is conserved by the strong interaction to a high precision. Nevertheless, the SM Lagrangian has a term that could allow strong-induced CP violation, and only an extreme fine-tuning would prevent this effect. The solution could come with the introduction of a new particle, the axion. This idea was later generalized into a broader class of particles known as axion-like particles (ALPs). Despite extensive searches, no evidence of ALPs has been observed so far, with only upper limits on their coupling constants being reported. This dissertation describes the search for ALPs decaying into a pair of photons in ultraperipheral PbPb collisions at a center-of-mass energy of 5.02 TeV. The data corresponds to an integrated luminosity of 0.2 nb(-1) , collected by the LHCb experiment. The forward configuration of the LHCb detector is well-suited for investigating low-mass ALPs, a challenging range for other detectors. Photon candidates are reconstructed and identified using information from the electromagnetic calorimeter. Our analysis covers an ALP mass range from 3 to 10 GeV and ALP-photon couplings from 10(-1) to 1 TeV(-1) . Although our exclusion region is small and overlaps with recent analyses, this study demonstrates the potential, in run 3 and beyond, for LHCb to contribute to ALP searches in ultraperipheral collisions.

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