Search for Neutral Higgs Bosons decaying to Tau Pairs at the CMS experiment

par Somnath Choudhury

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Marc Besancon.

Le président du jury était Achille Stocchi.

Le jury était composé de Marc Besancon, Achille Stocchi, Eric Kajfaz, Alexandre Nikitenko, Didier Vilanova, Maxim Titov.

Les rapporteurs étaient Eric Kajfaz, Alexandre Nikitenko.

  • Titre traduit

    Recherche de bosons de Higgs neutres se désintégrant en paires de leptons tau dans l'expérience CMS.


  • Résumé

    La thèse décrit une étude de l'état final en paire de leptons tau dans le mode de désintégration semi-leptonique en muons et hadrons en utilisant des données proton-proton collisions à une énergie de centre de masse de 7 TeV avec le détecteur CMS au CERN Large Hadron Collider. La performance de l'algorithme de reconstruction et d'identification des leptons tau est étudiée en utilisant un échantillon de données de collisions proton-proton à $ \ sqrt $ = 7 TeV, ce qui correspond à une luminosité intégrée de 36 pb $ ^ {-1} $. Les leptons tau qui se désintègrent en un seul hadron chargé, avec ou sans hadrons neutres sont reconstruits à l'aide de la technique dite du flot de particules pour la reconstruction des objets en utilisant un nouvel algorithme adapté aux leptons tau et appelé le Hadrons Plus Strips (HPS) qui utilise le trajectographe et le calorimètre électromagnétique de CMS. L'efficacité de l'algorithme de reconstruction est mesurée en utilisant les leptons taus produits lors de la désintégration de bosons Z. Le taux de mauvaise identification de leptons tau se désintégrant de manière hadronique pour les jets produits en association avec un boson W est également déterminé. La première mesure inclusive de production Z $ \ rightarrow \ tau \ tau $ dans les collisions pp au le LHC est présentée dans les états finals muon+jets en utilisant un échantillon de données de 36 pb $ ^ {-1} $. La section efficace mesurée est en bon accord avec les prédictions QCD à l'ordre doublement suivant l'ordre dominant (NNLO). Après avoir identifié le boson Z dans le mode de désintégration di-tau, une recherche inclusive de bosons de Higgs neutres du modèle supersymétrique standard minimal (MSSM) dans les collisions pp est réalisée à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV. Les résultats sont basés sur un échantillon de données correspondant à une luminosité intégrée de 36 pb $ ^ {-1} $ et de 4,6 $ fb ^ {-1} $ enregistré par l'expérience CMS dans l'année 2010 et 2011 respectivement. La recherche utilise les désintégrations de bosons de Higgs en paire de leptons tau. Aucun excès n'est observée dans le spectre de masse invariante de paires de leptons tau. Les limites supérieures sur le produit de la section efficace de production de boson de Higgs par le rapport de branchement de la désintégration en paire de leptons tau en fonction de la masse du boson de Higgs pseudoscalaire permettent de donner des limites strictes dans l'espace des paramètres du MSSM.


  • Résumé

    The thesis describes a study of the tau-pair final state in the semi-leptonic decay mode into muon and hadrons using proton-proton collisions data at a center-of-mass energy of 7 TeV using the CMS detector at the CERN Large Hadron Collider. The performance of tau-lepton reconstruction and identification algorithm is studied using a data sample of proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 7 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 36 pb$^{-1}$. The tau leptons that decay into one charged hadron with or without the association of neutral hadrons is reconstructed using Particle-Flow object reconstruction technique with a novel tau identification algorithm called the Hadron Plus Strips (HPS) algorithm in the CMS tracker and electromagnetic calorimeter. The reconstruction efficiency of the algorithm is measured using $\tau$ leptons produced in Z-boson decays. The hadronically decaying tau lepton misidentification rate for jets produced in association with a W boson is also determined. The first measurement of inclusive Z$\rightarrow\tau\tau$ production in pp collisions at the LHC is presented in muon+hadrons final state using a data sample of 36 pb$^{-1}$. The measured cross-section is in good agreement with the next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD prediction. After establishing the Z boson in di-tau decay mode, an inclusive search for neutral minimal supersymmetric standard model (MSSM) Higgs bosons in pp collisions is performed at a center-of-mass energy of 7 TeV. The results are based on a data sample corresponding to an integrated luminosity of 36 pb$^{-1}$ and 4.6 fb$^{-1}$ recorded by the CMS experiment in the year 2010 and 2011 respectively. The search uses decays of the Higgs bosons to tau pairs. No excess is observed in the tau-pair invariant-mass spectrum. The resulting upper limits on the Higgs boson production cross-section times the branching fraction to tau pairs, as a function of the pseudoscalar Higgs boson mass, yield stringent bounds in the MSSM parameter space.


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