A Study of Invisible Higgs Decays at a Future e+e− Collider Using the Z(μ+μ−) Recoil Spectrum √s = 250 GeV

A busca pelo Decaimento Invisível do Higgs (IHD) constitui uma sonda poderosa e independente de modelo para investigar física além do Modelo Padrão (SM), com particular relevância para cenários de matéria escura nos quais o bóson de Higgs se acopla a partículas fracamente interagentes. Nesta tese, o objetivo é demonstrar a viabilidade da estrutura Key4hep usando o Decaimento Invisível do Higgs como um benchmark de fluxo de trabalho. O fluxo de trabalho inovador Key4hep desenvolvido pelo autor resultou em uma cadeia de análise simulada que permite estimar a sensibilidade ao canal de decaimento invisível do Higgs h → inv é avaliada no canal de Higgsstrahlung e−e+ → Zh, a uma energia no centro de massa de √s = 250 GeV, assumindo uma luminosidade integrada de L = 250 fb−1 e feixes polarizados correspondentes ao estágio inicial de operação do International Linear Collider (ILC) ( 1, 2). É realizada uma simulação completa de Monte Carlo dos processos de sinal e dos backgrounds do SM, com foco no modo de decaimento leptônico Z → μ+μ− e no IHD h → inv com a suposição final do MP de inv = 2ν + 2¯ν. A análise emprega a técnica de massa de recuo independente de modelos para identificar decaimentos invisíveis do Higgs, independentemente de seus produtos de decaimento. Uma seleção de eventos baseada em cortes é desenvolvida, inspirada em buscas anteriores por decaimentos invisíveis do Higgs tanto no LHC (3) quanto no ILC ( 2, 4, 5, 6). Os cortes são definidos com base em variáveis cinemáticas, como massa de recuo, energia ausente e momento transversal aplicados para maximizar a sensibilidade do sinal enquanto suprimem os backgrounds. Sob essas hipóteses, é realizada uma projeção simplificada de sensibilidade por meio de uma abordagem baseada em contagem de eventos. A partir dos rendimentos selecionados de sinal e background, estima-se uma sensibilidade esperada aproximada aos decaimentos invisíveis do Higgs, correspondente a um alcance na razão de ramificação de BR(h → inv) < 4.5% (1) Essa estimativa é derivada de uma análise baseada em cortes, com tratamento aproximado das incertezas, e não constitui um limite formal obtido por meio de um ajuste de perfil de verossimilhança (profile-likelihood) ou de um procedimento de exclusão CLS . Esses resultados demonstram o forte potencial do ILC para observar ou impor restrições significativas aos decaimentos invisíveis do Higgs, fornecendo testes rigorosos de cenários de nova física além do SM.