ZZ diboson measurements with the ATLAS detector at the LHC and study of the toroidal magnetic field sensors.

par Eftychia Sofia Protopapadaki

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-François Laporte.

Le président du jury était Fabian Zomer.

Le jury était composé de Jean-François Laporte, Fabian Zomer, Lucia Di Ciaccio, Emmanuelle Perez, Stéphane Lavignac, Giora Mikenberg.

Les rapporteurs étaient Lucia Di Ciaccio, Emmanuelle Perez.

  • Titre traduit

    Mesure des dibosons ZZ avec le détecteure ATLAS auprès du LHC et Etude des sondes du champ magnetique toroidal


  • Résumé

    Les particules élémentaires ainsi que leur interactions sont décrites par le Modèle Standard. Malgré son grand succès, il y a encore des questions à répondre. Dans cette thése, le processus du Modèle Standard ZZ, lorsque les deux bosons Z se désintègrent en paires de leptons, a été étudié. Les données utilisées ont été prises par le détecteur ATLAS durant l'année 2012, ce qui correspond à une luminosité intégrée de 20 fb-1. L'énergie dans le centre de masse était de 8 TeV. Tous les éléments de l'analyse sont présentés dans ce document: la sélection du signal et son efficacité, l'estimation du bruit de fond, les systématiques associées à la mesure, ainsi que la méthode statistique employée pour l'extraction de la section efficace. La section efficace du processus ZZ sur couche de masse a été mesurée à 6.98±0.41(stat.)±0.36(syst.)±0.20(lumi) pb. La section efficace pour chaque canal a été aussi mesurée dans une volume cinématique ``restreint'', proche du volume reconstruit. Toutes les mesures obtenues sont en accord avec les prédictions theoriques. L'auto-interaction des bosons neutres est interdite dans le Modèle Standard. Si des couplages à trois bosons sont observés, ceux-ci indiqueront donc la présence d'une nouvelle physique. Des observables sensibles à la présence des couplages anormaux ont été examinées. L'impulsion transverse du boson le plus énergétique s'est avérée une des plus sensibles, et elle a été donc utilisée pour l'extraction des limites à 95% CL sur les couplages anormaux. Toutes les limites obtenues sont compatibles avec le Modèle Standard. La connaissance du champ magnétique toroïdal dans le détecteur ATLAS est essentielle pour l'estimation précise de la masse des particules. Une étude sur les senseurs utilisés pour la construction de la carte de champ du détecteur ATLAS a montré que 97% des senseurs sont fiables. La carte de champ existante a été examinée, et malgré l'observation d'anomalies, celles-ci ne sont pas susceptibles d'affecter la détermination de l'impulsion des muons, ni donc de l'estimation de la masse du boson de Higgs.


  • Résumé

    Elementary particles and their interactions are described by the Standard Model. Even successful, there are still some unanswered questions which need to be addressed. In this work, the ZZ Standard Model process was studied in the leptonic decay channel. The data used were collected by the ATLAS detector during 2012 and correspond to an integrated luminosity of 20 fb-1. The center of mass energy was 8 TeV. All the analysis elements, such as the signal selection and efficiencies, the background estimation, the measurement uncertainties and the statistical method employed for the cross section extraction, are discussed in this document. The total ZZ on-shell cross section is measured to be 6.98±0.41(stat.)±0.36(syst.)±0.20(lumi) pb. A measurement of the on-shell ``fiducial'' cross section, defined in a volume close to the reconstructed one, was also performed for each decay channel. Both total and fiducial measurements are in agreement, within uncertainties, with the SM predictions. The neutral boson-self interactions are forbidden in the SM. Therefore, if triple gauge boson couplings are observed, they will indirectly point to the existence of new physics. Observables sensitive to the presence of anomalous triple gauge couplings, along with the optimal binning were investigated. The traverse momentum of the most energetic boson was among the most sensitive observables, and it was thus used in order to extract 95% CL limits on the anomalous coupling parameters. All observed limits are found to be compatible with the SM expectations. In the framework of this thesis a performance study was conducted. In order to increase particles mass measurement precision, the accurate knowledge of the toroidal magnetic field inside the detector is essential. The sensors used for the production of the ATLAS toroidal magnetic field map were studied, and it was found that more than 97% of these sensors are reliable. The existing magnetic field map was probed, and even though inaccuracies were observed, they are not expected to impact muon momentum estimation and thus not to bias the Higgs boson mass measurement.


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