Mesure de la polarisation de bosons vecteurs lors de leur production par paire WZ au LHC avec le détecteur ATLAS

par Angela Maria Burger

Thèse de doctorat en Physique subatomique et astroparticules

Sous la direction de Emmanuel Sauvan.

Soutenue le 03-07-2018

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique des particules (laboratoire) .

Le président du jury était Giovanni Lamanna.

Le jury était composé de Pascal Pralavorio, Jan Kretschmar.

Les rapporteurs étaient Claude Charlot, Elzbieta Richter-Was.


  • Résumé

    Cette thèse porte sur l'étude de la production de paire de dibosons WZ au en collisions proton-proton au LHC avec le détecteur ATLAS.La première mesure de la polarisation des bosons vecteurs W et Z lors de leur production par paire a été effectuée et la section efficace de production de dibosons WZ mesurée.Les données des collisions des protons au LHC à une énergie de 13 TeV enregistrées avec le détecteur ATLAS en 2015 et 2016 avec une luminosité intégré de 36.1fb-1 ont été analysées.L'analyse prends en compte seulement des désintégrations des bosons W et Z en électrons et muons.Avec la quantité des données disponibles, la précision de la mesure n'est plus déterminée par l'incertitude statistique. Une précision de 4.4 % a été obtenue, qui est comparable à la précision obtenue par une mesure antérieures avec les données d'ATLAS à une énergie de collision de 8 TeV.La précision de la mesure est déterminé par l'estimation du bruit du fond, du taux d'empillement et de l’efficacité d'identification des électrons et muons.Dans le cadre de cette thèse, des études détaillées ont été menées sur l'estimation de l’efficacité d'identification des électrons, sur l'optimisation de la sélection des leptons dans le cadre de l'analyse WZ et sur l'estimation du bruit du fond réductible.L’efficacité d'identification des électrons a été déterminée avec une méthode dite de Tag et Probe utilisant la désintégration de bosons Z en deux électrons.Les propriétés d'isolation des électrons ont été utilisées pour discriminer le signal des électrons du bruit du fond.L'accord de la mesure de l’efficacité d'identification avec la simulation a été étudié et des facteurs de correction ont été estimés.Ces facteurs de correction ont été mis à la disponibilité de la collaboration ATLAS.La sélection des leptons dans le cadre de la mesure WZ a été optimisée pour rejeter le bruit de fond réductible. Le bruit du fond réductible restant a été estimé avec une méthode dite matricielle qui s'appuie sur les données.La valeur de la section efficace mesurée est supérieure de 8 % par rapport a la valeur prédite par les calculs théoriques les plus récents ayant une précision à l'ordre NNLO, mais reste néanmoins compatible avec ces prédictions.Une mesure de la polarisation dans les événement dibosons est effectuée par la première fois.Les distributions angulaires des produits de désintégration sont particulièrement sensible aux effets de la polarisation.Les fractions de bosons W et Z produits avec un état de polarisation longitudinale sont mesurées pour la première fois, à une valeur de 25 % avec une incertitude de 7 et 4 %, respectivement.Cela représente une précision de l'ordre de 15 %, dominée par l'incertitude statistique.

  • Titre traduit

    Measurement of vector Boson polarisation in WZ production at the LHC with the ATLAS detector


  • Résumé

    Within the scope of this thesis, the cross section of the associate production of a W and a Z boson is presented and the polarization will measured for the first time in a diboson channel.Proton-proton collision data from the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider at a center-of-mass energy of 13 TeV from 2015 and 2016 with an integrated luminosity of 36.1fb-1 have been analyzed.In the measurement, only fully leptonic decays to either electrons or muons are considered.With the larger dataset of proton-proton collisions available, the measurement is for the first time not any more dominated by statistical uncertainties.On the cross-section measurement, a precision of 4.4% was obtained, this is competitive to the precision obtained in the measurement at a collision center-of-mass energy of 8 TeV.The main systematic uncertainties issue from the background estimation, the muon and the electron identification efficiency.Within the scope of this thesis, detailed studies on the electron identification efficiency, the optimization of the lepton selection in the WZ measurement and on the estimation of the reducible background in WZ events were performed.The electron identification efficiency was calculated using a Tag and Probe method on Z decays to electrons.The candidate electron isolation is used to discriminate the signal against the background.The agreement to the modelling of the electron identification efficiency in simulation was studied and correction factors were derived which were provided to the ATLAS collaboration.The lepton selection has been optimized for the rejection of non-prompt leptons in the WZ measurement, the remaining reducible background from these non-prompt events is estimated using the data-driven Matrix Method.The extracted cross section in the fiducial phase space is 8% higher than the prediction available at next-to-next-to leading order but still compatible with the predictionsBoson polarization measurements have been performed on single bosons, however, a measurement has never been done so far in a diboson channel.Angular distributions of the boson decay products have been shown to be particularly sensitive to polarization effects.The polarization is extracted by means of a maximum likelihood fit of templates representing the angular distributions of longitudinal, left- and right-handed transverse polarization to data.A fraction of 25% of longitudinally polarized W and Z bosons with an uncertainty of 7 and 4%, respectively, are measured in the fiducial phase space.A precision on the longitudinal polarization fraction of 15% can be obtained whereas the measurement is dominated by statistical uncertainties.


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