Commissioning of the Atlas pixel detector at Run 2 of the LHC, and search for supersymmetric particles with two same-sign leptons or three leptons in the final state

par Mahmoud Ibrahim Alstaty

Thèse de doctorat en Physique des Particules et Astroparticules

Sous la direction de Farès Djama.

Le président du jury était Éric Kajfasz.

Le jury était composé de John Ellis, Patrick Fassnacht.

Les rapporteurs étaient Dirk Zerwas, Jérôme Baudot.

  • Titre traduit

    Mise en oeuvre du détecteur à pixels d'Atlas lors du Run 2 du LHC et recherche de particules supersymétriques dans les états finals à deux leptons de même signe et à trois leptons


  • Résumé

    Le LHC, ATLAS, le détecteur à pixels et l’IBL sont décrits dans la première partie de ce mémoire. La mise en oeuvre du détecteur à pixels muni de sa nouvelle couche grâce à l’acquisition de rayons cosmiques juste avant le démarrage du Run 2 du LHC est ensuite présentée. L’analyse comprend l’étude des propriétés des amas de pixels allumés par le passage des rayons cosmiques, ainsi que la comparaison entre les deux technologies de compteurs présentes dans la nouvelle couche, les compteurs planaires et les compteurs 3D utilisés pour la première fois auprès d’un collisionneur. Ces études ont permis de valider les logiciels de reconstruction et d’améliorer la simulation de la nouvelle couche. Les produits d’ionisation créés dans les compteurs par le passage de particules chargées sont déviés de leurs trajectoires naturelles le long du champ électrique des jonctions, par le champ magnétique uniforme dans lequel est plongé le trajectographe d’ATLAS. L’angle de la déviation est appelé angle de Lorentz. La mesure de cet angle est essentielle car il affecte la position mesurée. Cette mesure a été réalisée pour toutes les couches, ainsi que la variation de l’angle de Lorentz en fonction de la température. A la fin du Run 1, aucun excès n’a été observé par-dessus les prédictions du Modèle Standard, et des limites inférieures sur les masses de particules supersymétriques en ont été déduites. Ces limites ont été étendues avec l’analyse montrée ici. Le gluino est ainsi plus lourd que 1.87TeV, tandis que la masse du squark b devrait être plus grande que 700 GeV, sous des hypothèses simplificatrices. Ces résultats constituent des contraintes supplémentaires pour la supersymétrie.


  • Résumé

    In the first part of this thesis, the LHC, ATLAS, the Pixel Detector and the IBL are all reviewed. Afterwards, the analysis of first cosmic data collected by the ATLAS Detector after the IBL insertion is presented, as part of the Pixel and IBL commissioning before Run 2 started. The analysis included the study of the Pixel clusters properties, and making comparisons between the two different technologies used in the IBL sensors: the Planar type, and the 3D type which has been used for the first time in a collider experiment. Analyzing the Pixel clusters properties is important to study the detector response after the IBL insertion, in order to insure utilizing the ultimate capabilities of the detector, and to achieve better resolutions for the measurements. The Standard Model (SM) of particle physics describes physical phenomena in the fundamental level with great success. However, it suffers from several shortcomings; for instance, it has no candidate for the dark matter, and it has no solution for the gauge hierarchy problem, motivating the search for new physics beyond the SM theories. On of those theories is Supersymmetry(SUSY), which occupies a primer place in the LHC physics program. At the end of Run-1, no significant excess in data over the SM prediction is observed and limits on the supersymmetric particle masses are set. With this analysis, which is basically an extension of the Run 1 analysis, those exclusion limits are extended and the gluino masses are excluded up to 1.87 TeV, while the sbottom mass should be above 700 GeV when using simplified assumptions. These results provide new constraints on natural SUSY models.


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