Study of the fiducial cross section of the Higgs boson decaying into four leptons and study of muon isolation in the ATLAS experiment at the LHC

par Arthur, Alexis, Jules Lesage

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Rodanthi Nikolaidou.

Le président du jury était Patrick Puzo.

Le jury était composé de Rodanthi Nikolaidou, Patrick Puzo, Chariclia Petridou, Chiara Mariotti, Reisaburo Tanaka, Stefania Antonia Spagnolo.

Les rapporteurs étaient Chariclia Petridou, Chiara Mariotti.

  • Titre traduit

    Étude de la section efficace de production du boson de Higgs en quatre leptons et étude de l’isolation des muons avec l’expérience ATLAS au LHC


  • Résumé

    Le sujet principal de la thèse est la mesure de la section efficace de production du boson de Higgs se décomposant en deux bosons Z dans l'état final à quatre leptons (H → ZZ * → 4l, l = e, μ), en utilisant 36.1 fb-1 de données collectées en 2015 et 2016 par l'expérience ATLAS au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) au CERN. La section efficace inclusive dans la chaîne de décomposition H → ZZ * → 4l est mesurée à 3.62 ±0.53 (stat) ± 0.25 (syst) fb, en accord avec la prédiction du Modèle Standard, de 2.91 ± 0.13 fb. Plusieurs sections efficaces fiducielles différentielles sont mesurées en fonction d'observables sensibles aux modes de production et de décomposition du boson de Higgs, incluant les variables cinématiques des jets produits avec le boson de Higgs. Les données et les prédictions du Modèle Standard sont en bon accord. Les sections efficaces extraites sont aussi utilisées pour contraindre des interactions anormales du boson de Higgs avec des particules du Modèle Standard.La deuxième partie de la thèse concerne l'isolation des muons. Les variables sont construites à partir des informations du tracker (isolation de trace) et des calorimètres (isolation calorimétrique). Elles mesurent l'activité ambiante autour de la trajectoire de la particule dans les détecteurs et constituent un outil puissant pour rejeter le bruit de fond. Avec les données collectées par ATLAS en 2015 et 2016,les distributions des variables sont comparées entre données et simulation. Des points de fonctionnement correspondant à des ensembles de coupures sur ces variables sont alors définis. En utilisant la décomposition du boson Z en deux muons, les efficacités du signal sont mesurées. Des facteurs d'échelle correspondant aux ratios entre données et simulation sont alors calculés. Le bon accord conduit à des facteurs d'échelle proches de l'unité.


  • Résumé

    The main subject of the thesis is the measurement of the production cross section of the Higgs boson decaying to two Z bosons in the four-lepton final state (H →ZZ * → 4l, l = e, μ), using 36.1 fb- 1 of data recorded during 2015 and 2016 with the ATLAS experiment installed at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. The inclusive fiducial cross section in the H → ZZ * → 4l decay channel is measured to be 3.62 ± 0.53 (stat) ± 0.25 (syst) fb,in agreement with the Standard Model prediction of 2.91 ± 0.13 fb. Several differential fiducial cross sections are measured for observables sensitive to the Higgs-boson production and decay, including kinematic distributions of the jets produced together with the Higgs boson. Good agreement is found between the data and the predictions of the Standard Model. The extracted cross-section distributions are also used to constrain anomalous Higgs-boson interactions with Standard-Model particles.The second part of the thesis is dedicated to the muon isolation. Isolation variables, based on information from the tracker (track-based isolation) and the calorimeters (calorimeter-based isolation) measure the ambient activity surrounding a particle in the detectors and are a powerful tool to reject background objects. Using36.1 fb-1 of data recorded by ATLAS in 2015 and2016, the variable distributions are compared with simulation. Working points are then defined as sets of cuts applied to the isolation variables. Using theZ boson decays to a pair of muons, the signal efficiency of the working points is calculated. Scale factors are then derived as ratio of efficiencies measured in data over simulation. The good agreement leads to scale factors close to one.


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