Recherche du boson de Higgs dans le canal WW* dans l'expérience ATLAS et mesure du temps de dérive du calorimètre à argon liquide dans l'expérience ATLAS

Search for Higgs boson in the WW* channel in ATLAS and drift time measurement in the liquid argon calorimeter in ATLAS

• Auteur / Autrice : Xifeng Ruan
• Direction : Zhiqing Zhang, Shan Jin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 19/10/2012
• Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec Institute of high energy physics (Chine)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Noyaux, Cosmos (Paris ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'accélérateur linéaire (Orsay, Essonne ; 1969-2019)
• Jury : Président / Présidente : Yuanning Gao
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zhiqing Zhang, Shan Jin, Yuanning Gao, Samira Hassani, Guoming Chen, Congfeng Qiao
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Samira Hassani, Yuanning Gao

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calorimètres électromagnétiques

Bosons de Higgs

Physique des hautes énergies

Mots clés libres

Modèle standard

Découverte du boson de Higgs

Quatrième génération

W W

Temps de dérive

Calorimètre

Standard model

Higgs'boson discovery

Fourth generation

W W

Drift time

Calorimeter

Résumé

Une recherche du boson de Higgs est effectuée dans le canal WW → lνlν en utilisant l’ensemble des données de 2011 à une énergie dans le centre de masse de √s = 7 TeV et une partie des données de 2012 à 8 TeV prises par l’expérience ATLAS auprès du LHC. Les luminosités intégrées correspondantes sont 4.7 fb−1 et 5.8 fb−1, respectivement. L’analyse est effectuée avec des coupures. Plusieurs méthodes sont introduites pour estimer à partir des données la contribution de bruits de fond des différents processus afin de minimiser l’utilisation de simulation. Pour la contribution du bruit de fond top dans le canal dominant avec zéro jet, elle est estimée avec une méthode que nous avons proposée. Une autre méthode pour corriger la forme de la distribution de l’énergie transverse manquante dans les événements Drell-Yan à partir des événements W +jets est également présentée. En 2011, le boson de Higgs du modèle standard avec la masse du Higgs de 133 à 261 GeV est exclue à 95% de niveau de confiance, tandis que la plage d’exclusion prévue est de 127 à 234 GeV. En 2012, un excès d’événements au-dessus du bruit de fond attendu est observé dans une plage de masse autour de 125GeV. En combinant les deux échantillons, la probabilité minimale (“p-value”) pour que l’hypothèse bruit de fond seul fournisse autant ou plus d’événements qu’observé dans les données est de 3 × 10−3, ce qui correspond à une signifiance statistique de 2,8 écarts types. Le taux de production mesuré du signal par rapport au taux prédit pour le boson de Higgs du modèle standard à mH = 125GeV est de 1,4 ± 0,5. La probabilité attendue pour un Higgs avec mH = 125GeV est de 0,01, soit de 2,3 écarts types. La limite d’exclusion d’un Higgs dans un modèle avec une quatrième génération est également présentée en utilisant une partie de l’échantillon de données 2011, la gamme de masse entre 120 GeV et 600 GeV a été exclue à 95% de niveau de confiance. Enfin, l’étude sur le temps de dérive dans le calorimètre à argon liquide du détecteur ATLAS est effectuée en utilisant tous les échantillons de données du rayonnement cosmique, du faisceau splash et de collision. Les résultats ne montrent aucune non-uniformité significative sur la largeur de l’espace cellulaire mis à part un effet de “sagging” dans les régions de transition dû au poids du calorimètre.

A Higgs search is performed in the WW → lνlν channel using the full 2011 data at a center-of-mass energy of √s = 7 TeV and part of 2012 data at 8 TeV taken by the ATLAS experiment at the LHC. The corresponding integrated luminosity values are 4.7fb−1 and 5.8fb−1, respectively. The cut based analysis is performed and several data-driven methods for background estimation are introduced. The jet veto survival probability method for top background estimation in 0-jet bin is proposed and used in the Higgs search. Another data-driven method to correct the shape of the missing transverse energy distribution in the Drell-Yan process is also presented. In 2011, the standard model Higgs boson with the Higgs mass from 133 to 261 GeV is excluded at 95% CL, while the expected exclusion range is 127 − 234 GeV. In 2012, an excess of events over expected background is observed at mH = 125GeV. Combining the both samples, the minimum observed p0 value is 3 × 10−3, corresponding to 2.8 standard deviations. The fitted signal strength at mH = 125 GeV is μ = 1.4 ± 0.5. The expected p0 for a Higgs with mH = 125 GeV is 0.01, or 2.3 standard deviations. The exclusion limit for a Higgs in a fourth generation model is shown using part of the 2011 data sample, the mass range between 120GeV and 600GeV has been excluded at 95%CL. The study on the drift time in the liquid argon calorimeter in ALTAS is performed using all special data samples from cosmic muon, beam splash and beam collision data. The results show no significant non-uniformity on the cell gap width and a sagging effect due to gravity is observed.