Development of the Pixel Detector for the Belle II experiment and top quark mass measurement in radiative events at the future electron-positron linear collider

Durante los últimos cien años, los numerosos descubrimientos en los colisionadores de partículas y desarrollos teóricos han conducido a los físicos de partículas a construir el Modelo Estándar, el modelo teórico más exitoso hasta la fecha. Sin embargo, a pesar de su gran éxito, el Modelo Estándar no describe toda la fenomenología observada actualmente en los diferentes experimentos. Es por ello que se necesitan nuevos colisionadores que proporcionen observaciones de nueva física que nos ayuden a construir modelos que describan dicha fenomenología. Para enfrentarse al reto, la comunidad de física de partículas se une formando grandes colaboraciones, con el propósito de diseñar y construir los colisionadores del futuro. Los trabajos detallados en esta tesis se unen a estos esfuerzos, haciendo una pequeña contribución al progreso del campo. La tesis está dividida en dos partes, con un total de seis capítulos. La primera parte describe el desarrollo y construcción del Detector de Píxeles (PXD), el detector más interno del experimento Belle II en el colisionador SuperKEKB. La segunda parte detalla la propuesta de un nuevo observable para medir la masa del quark top en los futuros colisionadores lineal electrón-positrón. En los primeros dos capítulos se establece el contexto necesario para entender los trabajos realizados como parte de la tesis. El primer capítulo introduce la física de partículas desde el punto de vista fenomenológico, haciendo hincapié en los éxitos y carencias del Modelo Estándar, y sus posibles sucesores. El segundo, establece la importancia de los colisionadores de partículas como la principal herramienta de progreso en el campo, e introduce la nueva generación de colisionadores leptónicos: SuperKEKB, la factoría de mesones de B de la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía de Japón (KEK); el Colisionador Lineal International (ILC), la propuesta internacional para construir un colisionador lineal en Japón; y, el Colisionador Lineal Compacto (CLIC), la propuesta de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) de construcción de un colisionador lineal en la frontera franco-suiza. Los capítulos tercero y cuarto describen el Detector de Píxeles basado en la tecnología de Transistor de Efecto Campo Desertizado (DEPFET) y su proceso de producción respectivamente, incluyendo el control de calidad de ésta llevado a cabo como contribución del Instituto de Física Corpuscular (IFIC) en la construcción del PXD. El capítulo quinto resume la caracterización completa (tanto de su parte digital como de la analógica) de uno de los módulos del PXD, incluyendo estudios en detalle sobre la optimización de la respuesta del sensor y la ganancia interna de los píxeles. Por último, el capítulo sexto propone un nuevo observable para realizar medidas de alta precisión de la masa del quark top en colisionadores leptónicos lineales. Dicho observable es definido como la sección eficaz diferencial del proceso electrón-positrón produciendo un par top-antitop en asociación con un fotón de radiación de estado inicial (ISR), en función de la energía del fotón radiado. Como parte de esta tesis, el potencial del método es estudiado utilizando un robusto marco teórico de última generación para los proyectos ILC y CLIC bajo condiciones realistas.