Recherche de la diffusion de bosons vecteurs dans la désintégration semi-leptonique avec le détecteur ATLAS en utilisant la statistique du LHC Run-II

Search for semileptonic vector boson scattering with the ATLAS Detector using LHC Run-II data

• Auteur / Autrice : Tobias Fitschen
• Direction : Lydia Iconomidou-Fayard, David Charlton, Dimitris Varouchas, Konstantinos Nikolopoulos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Soutenance le 08/04/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec University of Birmingham (GB)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....) - University of Birmingham. School of Physics and Astronomy - Centre européen pour la recherche nucléaire
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Hélène Schune
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juan Alcaraz Maestre, Richard Batley, Koji Nakamura
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juan Alcaraz Maestre, Richard Batley

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèle standard (physique)

Bosons

Expérience ATLAS

Mots clés libres

ATLAS

Large Hadron Collider (LHC)

Physique du Modèle Standard

Diffusion de bosons vecteurs

ATLAS

Large Hadron Collider (LHC)

Standard Model Physics

Vector boson scattering

Résumé

Les considérations sur les processus de diffusion de bosons vecteurs (VBS) violant l'unitarité étaient l'une des principales motivations du mécanisme de Higgs. Ce n'est qu'en raison de l'annulation précise de tels processus avec des interactions impliquant le boson de Higgs que l'unitarité est restaurée dans le modèle standard de la physique des particules. Cette interaction complexe fait de la mesure de la diffusion des bosons vecteurs un test particulièrement puissant pour le modèle standard et un excellent endroit pour rechercher de nouvelles contributions au-delà du modèle standard. L'analyse présentée est une recherche de la production électrofaible d'une paire de bosons vecteurs en association avec une paire de jets aux caractéristiques typiques des processus de diffusion des bosons vecteurs. La recherche est effectuée avec le détecteur ATLAS dans le canal semi-leptonique en état final du 0-lepton, et utilise la statistique complète du Run-II (énergie dans le centre de masse de 13 TeV). Dans l'analyse, des algorithmes d'étiquetage de bosons vecteurs sont utilisés pour l'identification des structures de désintégration hadronique à l'aide de variables de sous-structure de jet. Des études dédiées à de tels algorithmes sont présentées. En utilisant de nouvelles définitions de jets, des améliorations potentielles en termes d'efficacité sont présentées. Des méthodes potentielles de décorrélation de la décision d'étiquetage à partir de la masse du jet sont étudiées. La structure de désintégration caractéristique des processus de diffusion des bosons vecteurs produit des jets dans la région avant du détecteur. Le détecteur ATLAS ITk, une mise à niveau prévue pour le trajectographe interne, étend l'acceptation dans ces régions bien au-delà de la portée actuelle. Des mesures sur des capteurs prototypes pour l'ITk sont présentées. Ils comprennent des mesures géométriques, électriques et d'efficacité de reconstruction des traces dans une configuration de faisceau de test d'électrons. Enfin, les perspectives sur la manière dont des travaux supplémentaires dans ces deux domaines pourraient contribuer à améliorer la précision des futures recherches VBS sont discutées.

Considerations about unitarity violating vector boson scattering (VBS) processes were one of the main motivations for the Higgs mechanism. Only due to the precise cancellation of such processes with interactions involving the Higgs boson is unitarity restored within the Standard Model of particle physics. This intricate interplay makes the measurement of vector boson scattering an especially potent test for the Standard Model and an excellent place to search for new contributions beyond it. The presented analysis is a search for the electroweak production of a pair of vector bosons in association with a pair of jets with typical characteristics of vector boson scattering processes. The search is performed in the semileptonic channel with a 0-lepton final state and uses the full Run-II dataset of the ATLAS detector recorded at a center of mass energy of 13 TeV. Within the analysis vector boson tagging algorithms are used for the identification of hadronic decay structures with the help of jet substructure variables. Dedicated studies on such algorithms are presented. Using novel jet definitions potential improvements with respect to efficiency are shown. Potential methods of decorrelating the tagger decision from jet mass are studied. The characteristic decay structure of vector boson scattering processes yields jets in the forward detector region. The ATLAS ITk detector, a planned upgrade of the inner tracking detector, will extend the acceptance in these regions far beyond the current reach. Measurements on prototype sensors for the ITk are presented. They include geometrical, electrical, as well as hit efficiency measurement in an electron test beam setup. Prospects on how the ITk and further work on vector boson tagging could help to enhance the precision of future VBS searches are discussed.