Observation de la production WZjj electrofaible, et études sur la suppression des jets d'empilement avec le détecteur ATLAS

par Louis Portales

Thèse de doctorat en Physique Subatomique et Astroparticules

Sous la direction de Emmanuel Sauvan et de Iro Koletsou.

Soutenue le 01-10-2020

à Chambéry , 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 Edwige Tournefier.

Le jury était composé de Andreas Hoecker, Dieter Zeppenfeld.

Les rapporteurs étaient David Charlton, Juan Alcaraz Maestre.


  • Résumé

    La diffusion de bosons vecteurs fait partie des processus du Modèle Standard les plus recherchés dans les collisionneurs de particules. Ils font partie des rares processus permettant d’accéder aux couplages de jauge quartiques, et sont étroitement liés au mécanisme de brisure de symétrie électrofaible. Ces processus sont étudiés au travers de la production électrofaible de deux bosons associés à deux jets (VVjj-EW), dont les sections efficaces sont très faibles, et qui sont impactés par une grande contamination des bruits de fond VVjj-QCD. Cette thèse présente des études sur la production WZjj-EW. Les données de collisions proton-proton collectées avec l’expérience ATLAS au LHC entre 2015 et 2016, avec une énergie au centre de masse √s = 13 TeV, sont utilisées, correspondant à une luminosité intégrée de 36 fb^{−1} . Une première partie présente des études sur la suppression des jets d’empilement, ne provenant pas du vertex d’interaction primaire du processus d’intérêt. Les jets d’empilement dans les régions à l’avant du détecteur ne peuvent pas être supprimés en se servant d’information de trajectrographie, et l’outil principal pour les identifier utilise la topologie globale des évènements. Cependant, cet outil peut seulement supprimer les jets d’empilement hadroniques. Avec l’augmentation de l’empilement au travers du Run 2, une fraction non-négligeable des jets est reconstruite à partir de dépots d’énergie stochastiques dans le détecteur. Un nouvel outil est donc développé, pour permettre à la fois l’identification des jets d’empilement stochastiques et une amélioration globale de l’efficacité d’identification. Dans une seconde partie, l’étude de la production WZjj, où les bosons se désintègrent en leptons, est présentée. Un discriminant multivarié est développé, demanière à séparer de manière optimale les évènements WZjj-EW et WZjj-QCD. La méthode statistique utilisée pour l’extraction du signal est développée autour de ce discriminant, et permet la première observation de la production WZjj-EW, avec une signification statistique de 5.3 σ, et sa section efficace est estimée à σ(WZjj-EW, fid.) = 0.57 +-0.14(stat.)+-0.07(syst.).

  • Titre traduit

    Observation of electroweak WZjj production and studies on pile-up mitigation with the ATLAS detector


  • Résumé

    Vector Boson Scattering is among the most sought after types of electroweak process at high-energy collider experiments, as one of the very few processes allowing to probe the quartic gauge boson coupling, and for its close relation to the electroweak symmetry breaking mechanism. These processes are studied through the electroweak production of two bosons associated to two jets (VVjj-EW), that suffer from small cross-sections, an generally from high background contamination from the QCD-driven VVjj production. This thesis presents studies around the WZjj-EW production. Proton-proton collision data collected with the ATLAS experiment at the LHC between 2015 and 2016 at a center-of-mass energy of √s = 13 TeV is used, corresponding to an integrated luminosity of 36 fb^−1. A first part of the work concerns the suppression of pileup jets, not originating from the primary vertex of the process of interest. Pileup jets in the forward regions of the detector cannot be suppressed using tracking information, and the main tagging tool in that region uses full-event topology instead. However, that tool can only suppress hadronic pileup jets. With the increasing pileup conditions through Run 2, a non-negligible fraction of jets is reconstructed from stochastic energy deposits in the detector. A new tool combining the original tool to jet shape observables is therefore developed, allowing the identification of these stochastic pile-up jets, and an improved overall tagging efficiency. In a second part, the study of the WZjj production in its fully leptonic decay channels is presented. A multivariate discriminant is developed to optimally separate the WZjj-EW and WZjj-QCD productions. The statistical framework used for the signal extraction is developed around that discriminant, and allowed for the first observation of the WZjj − EW production, with a significance of 5.3 σ, and its cross section measured to be σ(WZjj-EW, fid.) = 0.57 +-0.14(stat.)+-0.07(syst.).


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