Neste trabalho usamos as regras de soma da QCD para calcular as massas e constantes de acoplamento ou decaimento dos estados exóticos theta+(1540) e cascata--(1862) (pentaquarks), dos mesons escalares charmosos DsJ+(2317), D0(2308) e D0(2405) e do meson axial X(3872). Os mesons foram também tratados como estados exóticos de quatro quarks (tetraquarks). Dois métodos de regra de soma foram aplicados e uma atenção especial foi dada aos limites de validade e incertezas da regra de soma. Em todos os casos encontramos resultados compatíveis com os dados experimentais existentes, mas no caso dos pentaquarks e dos mesons escalares as regras de soma têm algumas de suas condições violadas, levantando a questão sobre a existência das ressonâncias na forma em que foram propostas. Fizemos também uma previsão para um méson axial Xb, que é uma expansão para o setor botônico do modelo assumido para o X(3872). / In this work the QCD Sum Rules have been used to obtain masses and coupling or decay constants of the theta+(1540) and cascade--(1862) pentaquarks, the DsJ+(2317), D0(2308) and D0(2405) charmed scalar mesons and the X(3872) axial meson. The mesons have been treated as 4-quark exotic states (tetraquarks). Two sum rules methods have been used with special attention given to the limits and uncertainties of the sum rules. Results consistent with experimental data have been found in all cases, but some of the sum rules constraints have been violated in the calculation of the pentaquarks and scalar mesons, leaving questions about the existence of the states as they have been built here. A prediction was also made for the mass of a state expanding the model used for X(3872) to the botton sector, named Xb.

Neste trabalho usamos as regras de soma da QCD para calcular as massas e constantes de acoplamento ou decaimento dos estados exóticos theta+(1540) e cascata--(1862) (pentaquarks), dos mesons escalares charmosos DsJ+(2317), D0(2308) e D0(2405) e do meson axial X(3872). Os mesons foram também tratados como estados exóticos de quatro quarks (tetraquarks). Dois métodos de regra de soma foram aplicados e uma atenção especial foi dada aos limites de validade e incertezas da regra de soma. Em todos os casos encontramos resultados compatíveis com os dados experimentais existentes, mas no caso dos pentaquarks e dos mesons escalares as regras de soma têm algumas de suas condições violadas, levantando a questão sobre a existência das ressonâncias na forma em que foram propostas. Fizemos também uma previsão para um méson axial Xb, que é uma expansão para o setor botônico do modelo assumido para o X(3872). / In this work the QCD Sum Rules have been used to obtain masses and coupling or decay constants of the theta+(1540) and cascade--(1862) pentaquarks, the DsJ+(2317), D0(2308) and D0(2405) charmed scalar mesons and the X(3872) axial meson. The mesons have been treated as 4-quark exotic states (tetraquarks). Two sum rules methods have been used with special attention given to the limits and uncertainties of the sum rules. Results consistent with experimental data have been found in all cases, but some of the sum rules constraints have been violated in the calculation of the pentaquarks and scalar mesons, leaving questions about the existence of the states as they have been built here. A prediction was also made for the mass of a state expanding the model used for X(3872) to the botton sector, named Xb.

Introduzimos um método não-relativístico para estudar a espectroscopia de estados ligados hadrônicos compostos por quatro quarks charme, na figura de diquark-antidiquark. Resolvendo numericamente a equação de Schrödinger com dois potenciais diferentes inspirados no potencial de Cornell, de uma maneira semelhante aos modelos de quarkonium pesado para mésons, nós fatoramos o problema de 4 corpos em três sistemas de 2 corpos: primeiro o diquark e o antidiquark, que são compostos por dois quarks (antiquarks) em um estado de antitripleto de cor. No próximo passo eles são considerados como os blocos para construir o tetraquark, onde a sua interação leva a um singleto de cor. Termos dependentes de spin (spin-spin, spin-órbita e tensor) são usados para descrever o desdobramento do espectro e a separação entre estados com diferentes números quânticos. Atenção especial é dada à interação do tensor entre duas partículas de spin 1, com uma discussão detalhada da estratégia adotada. A interação spin-spin é tratada perturbativamente no primeiro modelo e incluída no potencial de ordem zero no segundo. A contribuição de cada termo de interação também é analisada e comparada. Dados experimentais recentes de estados bem estabelecidos de mésons de charmonium são utilizados para fixar os parâmetros de ambos os modelos (em um procedimento de ajuste minimizando chi quadrado), obtendo uma reprodução satisfatória do espectro do charmonium. As diferenças entre modelos são discutidas no contexto do charmonium, diquarks e tetraquarks. Nós concluímos que quase todas as ondas S e P (e as respectivas primeiras excitações radiais) do todo-charme tetraquark composto por diquarks de spin 1 estão entre 5.8 e 7 GeV, acima do limite de dissociação espontânea em pares de charmonium de baixa energia como dois eta_c ou J/psi, o que sugere que esses poderiam ser os canais ideais para procurar por esses estados, e desenvolver o atual conhecimento de estados multiquarks. / We introduce a non-relativistic framework to study the spectroscopy of hadronic bound states composed of four charm quarks in the diquark-antidiquark picture. By numerically solving the Schrödinger equation with two different Cornell-inspired potentials in a similar way of heavy quarkonium models of mesons, we factorize the 4-body problem into three 2-body systems: first the diquark and the antidiquark, which are composed of 2 quarks (antiquarks) into a color antitriplet state. In the next step they are considered as the tetraquark building blocks, where their interaction leads to a color singlet. Spin-dependent terms (spin-spin, spin-orbit and tensor) are used to describe the splitting structure of the spectrum and account for different quantum numbers of each state. Special attention is given to the tensor interaction between two particles of spin 1, with a detailed discussion of the adopted strategy. The spin-spin interaction is addressed perturbatively in the first model and included in the zeroth-order potential in the second one. The contribution of each interaction term is also analysed and compared. Recent experimental data of reasonably well-established charmonium mesons are used to fix the parameters of both models (with a fitting procedure minimizing chi square), obtaining a satisfactory reproduction of charmonium spectrum. The differences between models are discussed in the charmonium, diquark and tetraquark context. We conclude that almost all the S and P waves (and respective first radial excitations), of the all-charm tetraquark composed by spin 1 diquarks are in the range between 5.8 to 7 GeV, above the threshold of spontaneous decay in low-lying charmonium pairs, like two eta_c or J/psi, what suggests that this could be the ideal channels to look for these states, and develop the current understanding of multiquark states.

Introduzimos um método não-relativístico para estudar a espectroscopia de estados ligados hadrônicos compostos por quatro quarks charme, na figura de diquark-antidiquark. Resolvendo numericamente a equação de Schrödinger com dois potenciais diferentes inspirados no potencial de Cornell, de uma maneira semelhante aos modelos de quarkonium pesado para mésons, nós fatoramos o problema de 4 corpos em três sistemas de 2 corpos: primeiro o diquark e o antidiquark, que são compostos por dois quarks (antiquarks) em um estado de antitripleto de cor. No próximo passo eles são considerados como os blocos para construir o tetraquark, onde a sua interação leva a um singleto de cor. Termos dependentes de spin (spin-spin, spin-órbita e tensor) são usados para descrever o desdobramento do espectro e a separação entre estados com diferentes números quânticos. Atenção especial é dada à interação do tensor entre duas partículas de spin 1, com uma discussão detalhada da estratégia adotada. A interação spin-spin é tratada perturbativamente no primeiro modelo e incluída no potencial de ordem zero no segundo. A contribuição de cada termo de interação também é analisada e comparada. Dados experimentais recentes de estados bem estabelecidos de mésons de charmonium são utilizados para fixar os parâmetros de ambos os modelos (em um procedimento de ajuste minimizando chi quadrado), obtendo uma reprodução satisfatória do espectro do charmonium. As diferenças entre modelos são discutidas no contexto do charmonium, diquarks e tetraquarks. Nós concluímos que quase todas as ondas S e P (e as respectivas primeiras excitações radiais) do todo-charme tetraquark composto por diquarks de spin 1 estão entre 5.8 e 7 GeV, acima do limite de dissociação espontânea em pares de charmonium de baixa energia como dois eta_c ou J/psi, o que sugere que esses poderiam ser os canais ideais para procurar por esses estados, e desenvolver o atual conhecimento de estados multiquarks. / We introduce a non-relativistic framework to study the spectroscopy of hadronic bound states composed of four charm quarks in the diquark-antidiquark picture. By numerically solving the Schrödinger equation with two different Cornell-inspired potentials in a similar way of heavy quarkonium models of mesons, we factorize the 4-body problem into three 2-body systems: first the diquark and the antidiquark, which are composed of 2 quarks (antiquarks) into a color antitriplet state. In the next step they are considered as the tetraquark building blocks, where their interaction leads to a color singlet. Spin-dependent terms (spin-spin, spin-orbit and tensor) are used to describe the splitting structure of the spectrum and account for different quantum numbers of each state. Special attention is given to the tensor interaction between two particles of spin 1, with a detailed discussion of the adopted strategy. The spin-spin interaction is addressed perturbatively in the first model and included in the zeroth-order potential in the second one. The contribution of each interaction term is also analysed and compared. Recent experimental data of reasonably well-established charmonium mesons are used to fix the parameters of both models (with a fitting procedure minimizing chi square), obtaining a satisfactory reproduction of charmonium spectrum. The differences between models are discussed in the charmonium, diquark and tetraquark context. We conclude that almost all the S and P waves (and respective first radial excitations), of the all-charm tetraquark composed by spin 1 diquarks are in the range between 5.8 to 7 GeV, above the threshold of spontaneous decay in low-lying charmonium pairs, like two eta_c or J/psi, what suggests that this could be the ideal channels to look for these states, and develop the current understanding of multiquark states.

This thesis focuses on two parts, the evidence of a structure in a four lepton final state, and the CMS detector upgrade studies. The first part of the thesis focuses on an unexpected structure in Υ(1S)l+l− final state, where Υ(1S) → μ+μ−, l can represent a muon or an electron and m(l+l−) is required to be below the Υ(1S) mass. Using an integrated luminosity of 25.6 fb−1 recorded in proton-proton collisions at √s = 7 TeV and √s = 8 TeV with the CMS detector at the CERN LHC, an excess in the mass distribution near 18.5 GeV of Υ(1S)l+l− is found. The mass of this enhancement is found out to be 18.4 ± 0.1 (stat.) ± 0.2 (syst.) GeV in the Υ(1S)μ+μ− channel, and 18.5 ± 0.2 (stat.) ± 0.2 (syst.) GeV in the Υ(1S)e+e− channel. For the two results combined, the enhancement is found out to be 18.4 ± 0.1 (stat.) ± 0.2 (syst.) GeV with a local statistical significance of 4.9 standard deviations and a global significance, after taking into account the look-elsewhere-effect, of 3.6 standard deviations. The width of the observed enhancement is consistent with the mass resolution of the CMS detector. The second part of the thesis focuses on detector upgrade studies for the silicon detector. The LHC has been increasing and will increase the luminosity and collision energy. Due to radiation damage and increasing data loss, the CMS detector underwent a Phase I upgrade in 2016/2017 and will undergo a Phase II upgrade in 2018/2019. In Phase I upgrade, silicon sensors and DC-DC converters were tested at Fermilab for the CMS Forward Pixel detector. For Phase II upgrade, a gantry robot system is built for module assemble at Fermilab for the CMS Outer Tracker detector.