Missing energy is one of the key signature at the Large Hadron Collider for observing new physics motivated from dark matter. For example, in the weak scale supersymmetric model, the superpartners are pair produced and decaying semi-invisibly because of R-parity which is necessary in order to stabilize the lightest supersymmetric particle, which is a dark matter candidate. Inspired from those models, we particularly investigated two channels: pair production of new particle decaying semi-invisibly, and heavy resonance production decaying into two Z bosons. These two channels are highly motivated channel for the discovery of new particles. In order to identify properties of new particle in a model independent way, we need to use all the kinematic information available within the events as much as possible. To achieve this, we developed two method. For pair production of new particle decaying semi-invisibly, we developed minimized power mean, which is a smooth generalization of $M_{T2}$. While $M_{T2}$ variable has an intrinsic prejudice that two particles have degenerated mass spectrum, our new variable can justify this assumption from experimental data. We can identify the mass spectrum by investigating the kinematic endpoint of the minimized power mean. For heavy resonance production decaying into two Z bosons, we deployed jet substructure techniques and matrix element method. Analysis for distinguishing quantum state of the intermediate resonance often becomes most sensitive when two fermions from a Z boson lies within a smaller angular scale. Jet substructure techniques can be used for resolving the large cluster originated from the two colored fermions. With the aid of matrix element method, this jet substructure technique can be a very powerful tool for identifying the quantum state of the heavy resonance.
거대강입자충돌기에서 암흑물질로 대변되는 새물리를 발견하기 위한 특징적 신호중의 하나는 충돌 후 잃은 에너지입니다. 예를 들면, 전약력 에너지 규모 정도에서의 초대칭 모형의 경우, 양성자 충돌로 인해 생긴 새로운 초대칭 입자들은 항상 쌍으로 생성되며 이 입자들은 붕괴 후 보이지 않는 입자들을 생성합니다. 이러한 현상은 모형의 특징적 성질인 R-대칭성 때문으로, 가장 가벼운 초대칭 입자를 안정되게 만들어주어 암흑물질의 후보로 떠올릴 수 있게 해주고, 양성자 충돌로부터 초대칭 입자를 홀로 생성할 수 없게 만들어 줍니다. 이러한 모형들로부터 영감을 받아 우리는 입자가 쌍생성 되고 붕괴후 나타나는 입자의 일부가 보이지 않는 경우와 매우 무거운 입자가 두개의 Z 보존으로 붕괴하는 경우에 나타나는 가속기 신호를 조사하였습니다. 때문에, 이 두 채널들은 새물리를 발견하게될 동기가 매우 강하게 강조되는 채널들입니다. 이 채널들에 숨어있는 숨겨진 새로운 입자를 발견하고 성질을 알아내기 위해서 우리는 입자들의 가능한 모든 운동정보를 활용해야 합니다. 이를 성취하기 위해 우리는 두가지 방법을 개발하였습니다. 먼저, 입자가 쌍생성 되고 붕괴후 나타나는 입자의 일부가 보이지 않는 채널에 대해선, $M_{T2}$ 변수를 일반화한 minimized power mean 을 개발하였습니다. $M_{T2}$ 변수는 내부적으로 쌍생성된 입자가 가지는 질량이 같다는 가정을 가지고 있지만, 이는 실험으로부터 얻는 데이터로부터 검증되어야 하는 가정입니다. 새로운 변수인 minimized power mean 은 분포의 말단점을 분석하는것을 통해 두 입자의 질량을 파악할 수 있게 해 줍니다. 다음으로, 매우 무거운 입자가 두개의 Z 보존으로 붕괴하는 채널에 대해선, 제트의 세부구조와 행렬성분분석이 유용한 방법입니다. 숨겨진 입자의 양자적 성질을 알아내기 위해선 Z 보존의 붕괴로부터 나온 입자을의 운동량을 조사하여야 하며, 붕괴로부터 나온 입자가 매우 가까이 있는 역학적 위상공간에서 분해능이 최대화가 됩니다. 하지만 이를 위해선 두 겹처진 제트를 분해해 두 입자의 운동량을 알아 낼 수 있어야 하며, 이는 제트의 세부구조 분석을 통해 알아 낼 수 있습니다. 이 운동량을 행렬성분분석에 사용하면 새로운 입자의 양자적 성질 관측을 효율적으로 알아 낼 수 있습니다.
