Upgrade of the ATLAS Experiment Inner Tracker and related physics perspectives of the Higgs boson decay into two b quarks

par Audrey Ducourthial

Thèse de doctorat en Physique. Physique de l'Univers

Sous la direction de Marco Bomben.

Le président du jury était José Ocariz.

Le jury était composé de Marco Bomben, Didier Contardo, Farès Djama, Paula Collins, Lydia Iconomidou-Fayard, Michael Moll.

Les rapporteurs étaient Didier Contardo, Farès Djama.

  • Titre traduit

    Amélioration du trajectographe de l’expérience ATLAS et impact sur l’étude de la désintégration du boson de Higgs en deux quarks b


  • Résumé

    Le LHC entrera dans sa phase à haute luminosité vers 2027 et pour profiter de l’augmentation importante du taux de collisions, ATLAS, et plus particulièrement son trajectographe doivent être améliorés en terme de résistance aux radiations et traitement de données à un taux accru. Grace au nouveau design du trajectographe at à l’amélioration d’algorithmes d’étiquetage des saveurs de jets, l’identification de jets issus de la désintégration de B hadrons sera facilitée et des canaux de physique possédant des quarks b dans leurs états finaux seront plus facilement accessible, parmi lesquels le couplage trilinéaire du boson de Higgs. La résistance aux raditions des capteurs à pixels en silicium joue un rôle primordial dans leur utilisation auprès des experience LHC. La quantification de l’impact des rayonnements sur les capteurs silicium est un enjeu crucial : un outil de digitisation des dommages des rayonnements a été développé pour modéliser l’impact des radiations dans les simulations Monte Carlo d’ATLAS. Le test de capteurs à pixels planaires, développés par le LPNHE et la fonderie FBK, constitue la partie principale de cette thèse. Les trois productions de capteurs testées possèdent plusieurs designs technologiques. Pour maximiser l’acceptance géométrique du détecteur, des capteurs à bord mince ont été développés. Deux options de polarisation durant les phases de test ont ausssi été étudiée. Les capteurs ont été testés à plusieurs phases d’irradiation. L’optimisation d’algorithme de b-tagging basé sur la reconstruction de vertex secondaire sera aussi présentée, ainsi qu’une étude concernant les performances du b-tagging à haut pT .


  • Résumé

    By 2027, the LHC will enter its high luminosity regime, providing protons protons collisions at an unprecedented rate. The LHC experiments whill have to be upgraded to cope with this higher data rate. The new ATLAS Inner Tracker (ITk) will allow a better identification of b-quarks and interesting physics signature with b-quarks in the final states such as the Higgs trilinear coupling will be reachable. The work performed during this thesis consisted in testing planar pixel sensors for the ITk, as well as optimizing b-tagging algorithms. In parallel, a study on the radiation damage on silicon pixel sensors have been performed. The radiation hardness of silicon sensors plays a determinant role as it allows them to be efficient in the highly radiative environment at LHC. Understanding the impact of radiation in silicon sensors is a major challenge and a radiation damage digitizer which models radiation damage effects in ATLAS Monte Carlo simulations is currently developed by the ATLAS experiment. Three ITk silicon planar pixel sensors productions of LPNHE and FBK have been developed, produced and tested on beam. Sensors from these three productions aim to be part of the ITk and have to demonstrate good performance after being irradiated at high fluences. Several technological designs have been investigated, such as temporary metal biasing option and active edges which maximize the geometrical acceptance of the sensors. The optimization of b-tagging SV1 algorithm (a secondary-vertex based algorithm) will be pre- sented as well as a study on the extrapolation of b-tagging performances at high pT.

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