Long-lived particles are an interesting extension of the standard model of particle physics. This thesis presents a search for such new long-lived particles with lifetimes of the order of a few millimetres produced in Higgs boson decays that then themselves decay into b quark pairs. The long-lived particles are predicted by, for example, Twin Higgs models. These theories solve the so-called little hierarchy problem, increasing the validity of the standard model. The search is performed with proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13TeV at the LHC corresponding to an integrated luminosity of L = 36.3 fb−1 recorded with the CMS experiment. The search is split into two analyses, depending on the mass of the long-lived particles, because the decay kinematics differ. One analysis is designed for light long-lived particles (m = 15 GeV), and the other analysis is for heavier long-lived particles (m = 40 GeV and m = 55 GeV). The final state of the signal events is expected to contain up to four b quarks. Therefore, events with at least four jets of which at least three have to be b-tagged jets are selected. Two production modes for the signal are investigated: gluon-gluon fusion and vector-boson fusion Higgs boson production modes. Possible signal events are identified by a requirement on the invariant mass of the signal candidate jets. Signal events are further separated from background events using a neural network based jet tagger. The network is parametrised as a function of the masses and lifetimes of the signal prediction. This makes it possible to train the network only once and simultaneously use it for the analyses of different masses and lifetimes. The main background consists of QCD multijet production and is estimated using a data-driven method. Upper limits on the signal strength modifier are calculated at 95% CL as a function of the lifetimes for all investigated masses of the long-lived particles. No evidence for such long-lived particles is observed.
Langlebige Teilchen sind eine interessante Erweiterung des Standardmodells der Teilchenphysik. In dieser Doktorarbeit wird eine Suche nach solchen neuen langlebigen Teilchen vorgestellt, für die Lebenszeiten von wenigen Millimetern erwartet werden. Die langlebigen Teilchen werden von verschiedenen Theorien, wie zum Beispiel den "Twin Higgs" Modellen, vorhergesagt und erweitern die Gültigkeit des Standardmodells. Diese langlebigen Teilchen zerfallen bevorzugt in b Quarks und werden bei Higgs-Boson-Zerfällen erzeugt. Für die Suche werden Proton-Proton-Kollisionen verwendet, welche bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV am LHC entstanden sind, mit dem CMS-Experiment aufgezeichnet wurden und einer integrierten Luminosität von L = 36.3 fb−1 entsprechen. Die Suche ist, abhängig von der Masse der langlebigen Teilchen, in zwei Analysen aufgeteilt, da sich die Zerfallskinematiken unterscheiden. Eine Analyse ist auf leichte langlebige Teilchen ausgelegt (mπν = 15 GeV) und die andere Analyse auf schwerere langlebige Teilchen (mπν = 40 GeV und mπν = 55 GeV). Es werden bis zu vier b Quarks im Endzustand erwartet, weshalb Ereignisse mit mindestens vier Jets, von denen mindestens drei b identifizierten Jets sein müssen, ausgewählt werden. Es werden zwei Higgs-Boson Produktionsmodi für das Signal untersucht: die Gluon-Gluon-Fusion und die Vektor-Boson-Fusion. Mögliche Signalereignisse werden durch eine Forderung an die invariante Masse, der aus den langlebigen Teilchen hervorgehenden Jets identifiziert. Für die weitere Unterscheidung zwischen solchen Jets aus langlebigen Teilchen und solchen aus Untergrundprozessen wurde ein neuronales Netz entwickelt, welches als Funktion der Massen und Lebensdauern der Signalvorhersage parametrisiert ist. Dadurch ist es möglich, das Netzwerk nur einmal zu trainieren und es gleichzeitig für sämtliche untersuchten Massen und Lebensdauern zu verwenden. Der Hauptuntergrund besteht aus QCD-Multijet-Prozessen und wird durch eine datengetriebene Methode abgeschätzt. Für alle untersuchten Massen werden obere Ausschlussgrenzen mit 95 % CL für den Signalstärkemodifikator in Abhängigkeit der Lebensdauer der langlebigen Teilchen berechnet. Es wurden keine Hinweise auf solche neuen langlebigen Teilchen beobachtet.