Soutenance de thèse de Grigore TARNA

Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : PHYSIQUE DES PARTICULES ET ASTROPARTICULES
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
higgs,lhc,atlas,top,électron,cern
Keywords
higgs,lhc,atlas,top,electron,cern
Titre de thèse
Étude des propriétés du boson de higgs et recherche de nouvelle physique au-delà de modèle standard dans le secteur du top avec le détecteur ATLAS
Studies of the Higgs boson properties and search for new physics beyond the standard model in the top sector with the ATLAS detector
Date
Vendredi 18 Octobre 2019 à 9:00
Adresse
Facultatea de Fizica Str. Atomistilor, nr. 405, CP MG - 11, Bucuresti-Magurele RO - 077125 Magurele, Jud. Ilfov
A1
Jury
Directeur de these M. Pascal PRALAVORIO Centre de Physique des Particules de Marseille
CoDirecteur de these M. Calin ALEXA Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH)
Examinateur M. Cristinel DIACONU Centre de Physique des Particules de Marseille
Rapporteur M. Virgil BARAN University of Bucharest, Faculty of Physics
Rapporteur Mme Anne-Catherine LE BIHAN Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien
Examinateur M. Jean Baptiste DE VIVIE DE REGIE Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire

Résumé de la thèse

Le Large Hadron Collider (LHC) est le plus grand collisionneur du monde avec une longueur totale de 27 km. Il est situé à l’Organisation pour la recherche Nucléaire (CERN), 100 mètres sous terre, sous la frontière franco-suisse. Les faisceaux de protons sont accélérés en sens inverse et se rencontrent dans quatre détecteurs. L’analyse des collisions permet d’étudier les lois les plus fondamentales de la physique. Cette thèse présente l’analyse des données enregistrées avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV, en 2015-2017, par le détecteur ATLAS. La première partie de la thèse concerne la performance du détecteur ATLAS dans la reconstruction des électrons. Une méthode “Tag-and Probe” est utilisée avec des évènements Z->ee, pour mesurer la probabilité que des électrons soient reconstruits comme des traces et associés à un amas d’énergie dans le calorimètre électromagnétique. L’efficacité de reconstruction des électrons est mesurée entre 97% (ET entre 15 et 25 GeV) et 99% pour les énergies transverses plus grandes, avec une précision autour de 1% et de l’ordre du pour mille, respectivement. Une méthode similaire est employée pour mesurer l’efficacité des électrons après l’application d’un nouvel algorithme utilisé pour réduire la contribution des électrons venant des décroissances de quark de saveur lourdes (PLI et PLV). L’efficacité est mesurée à 60-70% à bas ET (en dessous de 20 GeV) s’accroissant jusqu’à 95% à haut ET. Dans les deux cas, les efficacités sont mesurées sur les données et sur la simulation Monte Carlo. Leurs rapports sont utilisés, dans les analyses de physique, comme facteur d’échelle sur la simulation pour reproduire les efficacités mesurées sur les données. La seconde partie de la thèse couvre deux sujets de physique comprenant le quark top et le boson de Higgs. Tout d’abord, une recherche de courants neutres changeant la saveur (FCNC) dans la décroissance du quark top en quark u ou c et un boson de Higgs est effectuée sur les données de 2015 et 2016. Ces processus sont très fortement supprimés dans le Modèle Standard, même si des rapports d’embranchements bien supérieurs sont prédits dans certains modèles de nouvelle physique. Cette analyse vise plus particulièrement des états finals avec exactement deux leptons de même signe (2lss) et trois leptons (3l) avec plusieurs jets. Des analyses multivariées (MVA) sont utilisées pour améliorer la séparation entre le signal et le bruit de fond. Les rapports d’embranchements mesurés dans les données pour les processus t->Hu (t->Hc) sont compatibles avec zéro et des limites supérieures valant 0.19% (0.16%) sont obtenues à 95% de niveau de confiance. Ces résultats sont les meilleurs pour un canal donné aujourd’hui. La production du boson de Higgs avec une paire de quark top (ttH) permet un accès direct au couplage de Yukawa du top. La dernière partie de la thèse décrit la recherche de ce mode de production dans le canal multilepton. Ce mode de production a été observé indépendamment pour la première fois par les expériences ATLAS et CMS, en combinant plusieurs canaux de décroissance. Les défis et les efforts nécessaires pour mesurer la section efficace dans le canal 2lss avec les données de 2015 à 2017 sont discutés.

Thesis resume

The Large Hadron Collider (LHC) is the largest particle collider in the world. It has a total length of about 27 km and is located at around 100 m under the French-Swiss border at the European Organization for Nuclear Research (CERN) near Geneva. Proton beams are accelerated in two counter-rotating beams that collide inside four main detectors. Investigating the outcome from the collisions allows studying the most fundamental laws of physics. In this thesis are analyzed proton-proton collisions at a center of mass energy of 13 TeV recorded during 2015-2017 with the ATLAS detector. The first part of the thesis concerns the performance of the ATLAS detector, in particular electron efficiency measurements. A “Tag-and Probe” method is used in Z->ee events to measure the electron reconstruction efficiency, which accounts for how well are the tracks reconstructed and matched to an energy cluster in the calorimeter. The measured electron reconstructed efficiency varies between 97% (ET between 15 and 25 GeV) up to 99% at higher transverse energies with an uncertainty level of around 1% and per-mille level, respectively. A similar method is employed to measure the electron efficiency of a new algorithm (PLI and PLV) designed to reduce the electrons originating from heavy flavor decays. The PLI efficiency is 60-70% at low ET (below 20 GeV) increasing up to 95% at higher ET. The efficiencies are measured both in data and in Monte Carlo simulation, and their ratios are used in physics analyses as scale factors for the simulations to match the data efficiency. The second part of the thesis covers two physics topics involving the top quark and the Higgs boson. A search for flavor-changing neutral currents (FCNC) in top decays to an up-type quark (u or c) and a Higgs boson (t->Hu or t->Hc) is performed using the 2015-2016 data. These processes are strongly suppressed in the Standard Model (SM), however larger enhancements are predicted in new physics models. This analysis targets final states including exactly two light leptons, electron or muon, of the same sign (2lss) or three light leptons (3l) with multiple jets. Multivariate analyses (MVA) are used to improve signal-background separation. The measured branching ratio for the t->Hu (t->Hc) process is found to be compatible with zero and a 95% confidence level upper limit is set at 0.19% (0.16%) with an expected limit of 0.15% (0.15%), the best limit in a single channel to date. The Higgs boson production in association with a top quark pair (ttH) allows direct access to the top Yukawa coupling. The last part of the thesis describes the ttH search in the 2lSS channel with 2015-2017 data. For the first time, the ttH production mode was observed by the ATLAS and CMS experiments, independently, by combining several decay channels. Further efforts and challenges to measure ttH in the 2lss channel using the 2015-2017 data are discussed.