Recherche de leptoquarks de troisième génération dans l’expérience CMS au LHC

par Julien Chasserat

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Patrice Verdier.

Soutenue le 05-03-2014

à Lyon 1 , dans le cadre de École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon , en partenariat avec Institut de Physique Nucléaire de Lyon (laboratoire) et de Institut de Physique Nucléaire de Lyon (laboratoire) .

Le président du jury était Sacha Davidson.

Le jury était composé de Imad Laktineh, Guy Steve Muanza.

Les rapporteurs étaient Michel Jaffré, Christophe Royon.


  • Résumé

    L'expérience CMS (Compact Muon Solenoid), construite sur l'anneau du LHC (Large Hadron Collider) a enregistré une quantité colossale de données provenant des collisions proton-proton de 2009 à 2012 à des énergies dans le centre de masse de 7 TeVet 8 TeV. Cette expérience est consacrée aux mesures de précision des paramètres du modèle standard, à l'étude du boson de Higgs ainsi qu'à la mise à l'épreuve de théories au-delà du modèle standard. Un certain nombre de ces théories prévoient l'existence de particules appelées leptoquarks, de nouveaux bosons se couplant à la fois aux leptons et au quarks. La première partie de cette thèse est consacrée à la présentation du Modèle Standard des particules et à une introduction théorique aux leptoquarks. La seconde présente brièvement le fonctionnement du LHC et de l'expérience CMS. La troisième partie est dédiée au travail effectué dans le groupe générateur de CMS au cours de la première année de ma thèse. Cette mission consistait principalement à générer et à valider massivement des évènements Monte-Carlo avec le logiciel Madgraph pour l'ensemble de la collaboration CMS. Enfin, la dernière partie porte sur l'analyse de données et la recherche de paires de leptoquarks scalaires de troisième génération. Trois canaux de désintégration des LQ sont envisagés : en quark top et lepton tau, en quark top et neutrino et enfin en quark top et muon. Cette étude est basée sur l'ensemble des données enregistrées par l 'expérience CMS au cours de l'année 2012. Ce qui représente une luminosité intégrée totale de 19,7 fb. Différentes sélections basées sur au moins un lepton et de nombreux jets sont examinées afin de définir les régions présentant les meilleures efficacités de signal par rapport au fond du Modèle Standard. Enfin, une optimisation des coupures sur des variables très discriminantes est réalisée afin d'obtenir les meilleures limites à 95% de confiance sur les sections efficaces de production des leptoquarks. Aucun excès significatif par rapport aux prévisions du modèle standard n'a pu être mis en évidence ce qui a permis de poser des limites sur les sections efficaces de production des leptoquarks. Les leptoquarks de troisième génération sont exclus jusqu'à des masses de 320 GeV à 95 % de niveau de confiance pour le canal top tau, jusqu'à 240 GeV pour le canal top nu et jusqu'à 910 GeV pour le canal top mu

  • Titre traduit

    Search for third generation Leptoquarks in the CMS experiment at LHC


  • Résumé

    Installed on the LHC (Large Hadron Collider) ring, the CMS experiment (Compact Muon Solenoid) recorded a great amount of proton-proton collisions data from 2009 to 2012 at center of mass energies of 7 TeV and 8 TeV. This experiment was designed for precise measurements of the Standard Model parameters, for Higgs boson studies and to test theories beyond the standard model. Some of these theories foresee the existence of leptoquarks which are new bosons with couplings to both leptons and quarks. The first part of this thesis is dedicated to a presentation of the Standard Model and to a leptoquarks theoretical introducion. The second one briefly explains how the LHC and the CMS experiment work. The third part details the work accomplished during the first year of my thesis in the CMS generator group. Finaly, the last one deals with data analysis and the search of third generation leptoquarks pair production. Three LQ desintegration channels are investigated : to a top quark and a tau lepton, to a top quark and a neutrino and at last to a top quark and a muon. This study is based on the full integrated luminosity recorded during 2012, namely 19.7 fb. Various selections requiring at least one lepton and several jets are scrutinized in order to identify the regions with best signal efficiency regarding to Standard model backgrounds. Finally, a selection optimisation on discriminative variables is performed to extract the best 95 No significative excess with respect to Standard Model expectations was found. Thus we were able to set limits on the leptoquarks pair production cross sections. Third generation leptoquarks with masses below 320 GeV, 240 GeV and 910 GeV are excluded for the top tau, top nu and top mu channels, respectively


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