Confining the Higgs sector via the investigation of di-tau final states with LHC Run II data

Erweiterungen des Higgs-Sektors im Standardmodell, wie zum Beispiel Modelle mit zwei Higgs-Dubletts, etwa das Minimale Supersymmetrische Standardmodell, sagen weitere Higgs-Bosonen voraus. In diesen Erweiterungen ist die Kopplung der weiteren Higgs-Bosonen an down-artige Fermionen, wie etwa $\tau$-Leptonen, erhöht in einem großen Phasenraum. Daraus folgend ist der Zerfall dieser Higgs-Bosonen in Paare von $\tau$-Leptonen einer der viel versprechensden Kanäle für die Suche nach neuer Physik. In dieser Arbeit wird dieser Zerfallkanal mit Daten, die mit dem CMS Experiment im Jahr 2016 bei einer Schwerpunktsenergie von $\sqrt{s}=13\,\text{TeV}$ aufgenommen wurden, untersucht. ... mehrDie Analysemethoden, Selektionskriterien und das resultierende Unsicherheitsmodell werden dargestellt. Es wurde kein Hinweis auf zusätzliche Higgs-Bosonen gefunden. Entsprechende Ausschlussgrenzen werden auf das Produkt aus Wirkungsquerschnitt und Verzweigungsverhältnis für weitere Higgs-Bosonen bestimmt. Diese Ausschlussgrenzen schränken den Phasenraum für mögliche Abweichungen vom Higgs-Sektor des Standardmodells ein. Ausschlussgrenzen für exemplarische Szenarien werden bestimmt und Möglichkeiten zur Interpretation der Ergebnisse dieser Analyse im Kontext von weiteren Szenarien werden diskutiert.

Common extensions to the Standard Model Higgs sector, such as two-Higgs-doublet models as for example the Minimal Supersymmetric Standard Model, predict the presence of additional Higgs bosons. In these extensions the coupling of the additional Higgs bosons to down-type fermions, such as $\tau$-leptons, is enlarged for large parameter spaces. As a result, the decay of these Higgs bosons into a pair of $\tau$-leptons is one of the most promising channels to search for new physics. In this thesis, this decay channel is explored using data recorded by the CMS experiment in the year 2016 at a center-of-mass energy of $\sqrt{s}=13\,\text{TeV}$. ... mehrThe analysis methods, selection criteria and the resulting uncertainty model are detailed. No evidence for additional Higgs bosons is found and exclusion limits on the cross section times branching ratio for further Higgs bosons are set. These exclusion limits constrain the phase space for possible deviations from the Standard Model Higgs sector. Examples of scenario-specific exclusion limits are given and possibilities for interpretations in the context of further scenarios based on the results of this analysis are discussed.