Search for the production of the Higgs boson associated with a pair of top quarks with the Atlas detector at the LHC

par Chao Wang

Thèse de doctorat en Physique des Particules et Astroparticules

Sous la direction de Emmanuel Monnier, Cristinel Diaconu et de Ma Lianliang.

Soutenue le 06-12-2017

à Aix-Marseille en cotutelle avec Shandong University , dans le cadre de Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille) , en partenariat avec Centre de physique des particules de Marseille (laboratoire) .

Le président du jury était Cunfeng Feng.

Le jury était composé de Xuai Zhuang, Djamel-Eddine Boumediene, Éric Kajfasz.

Les rapporteurs étaient Zhiqing Zhang, Yanwen Liu.

  • Titre traduit

    Recherche de la production du boson de Higgs associé à une paire de quark top avec le détecteur Atlas auprès du LHC


  • Résumé

    La production du boson de Higgs associée à une paire de quarks top est l'un des modes de production de boson de Higgs les plus importants bien que toujours pas encore observé. Par conséquent, sa découverte est l'une des recherches les plus ambitieuse après la découverte Higgs: non seulement cela sera la première fois que nous pourrons observer ce mode de production du Higgs mais nous pourrons également en mesurer le couplage de Yukawa au quark top. Les résultats de ces mesures peuvent répondre aux questions fondamentales du Modèle Standard (MS) et peuvent également donner des indices de nouvelle physique au-delà du MS. Une analyse de la recherche de la production de boson de Higgs associée à une paire de quarks top dans des états finaux à trois leptons est présentée dans cette thèse. Cette analyse est réalisée avec des données collectées par le détecteur ATLAS en 2015 et 2016 pendant la campagne dite « Run 2 » et correspondant à une luminosité intégrée de 36.1 fb-1 à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Elle utilise un algorithme d'arbre de décision renforcé pour discriminer le signal et le fond. Le bruit de fond dominant de faux leptons est estimé avec une méthode de matrice s’appuyant sur les données (Méthode de la Matrix). Pour un Higgs standard de 125 GeV, un excès d'événements par rapport au bruit de fond attendu d'autres processus MS est trouvé avec une signification observée de 2.2 écarts-types, comparé à une prédiction de 1.5 écart-type. Le meilleur ajustement pour la section efficace de production $t\bar tH$ est de $1.5^{+0.8}_{-0.7}$ fois l'espérance SM, consistant avec la valeur SM du couplage de Yukawa au quark top.


  • Résumé

    The production of the Higgs boson associated with a pair of top quarks is one of the most important Higgs boson production modes yet still not observed. Therefore, its discovery is one of the most challenging searches after the Higgs discovery: not only will it be the first time we can observe this Higgs production mode but also we will be able to measure its Yukawa coupling to the top quark. The measured results can answer the basic question of the Standard Model (SM) and can also search for any hints of new physics beyond the SM prediction. An analysis searching for the production of the Higgs boson associated with a pair of top quarks in three leptons final states is presented in this thesis. It is performed with the data collected by the ATLAS detector in 2015 and 2016 during the so-called « Run 2 » campaign corresponding to an integrated luminosity of 36.1 fb−1 at a center of mass energy of 13 TeV. It uses a boosted decision tree algorithm to discriminate between signal and background. The dominant background of fake leptons is estimated with the data-driven matrix method (Matrix Method). For a 125 GeV Standard Model Higgs boson, an excess of events over the expected background from other SM processes is found with an observed significance of 2.2 standard deviations, compared to an expectation of 1.5 standard deviations. The best fit for the $t\bar tH$ production cross section is $1.5^{+0.8}_{-0.7}$ times the SM expectation, consistent with the SM value of the Yukawa coupling to top quarks.


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