Recherche de résonances de haute masse dans le canal dimuon à l’aide du spectromètre à muons de l’expérience ATLAS au CERN

Search for high mass resonances in the dimuon channel using the muon spectrometer of the atlas experiment at CERN

• Auteur / Autrice : Clément Helsens
• Direction : Claude Guyot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectromètres

Muons

Résonance magnétique du proton

Mots clés libres

Expérience ATLAS

Résumé

Le LHC est un collisionneur de protons d’une énergie de 14 TeV dans le centre de masse situé au CERN. Les premières collisions sont attendues à l’automne 2009. L’expérience ATLAS est l’une des deux expériences généralistes, installées auprès du LHC. L’énergie disponible et la haute luminosité du LHC permettront à ATLAS de rechercher le boson de Higgs ainsi les nouvelles particules prédites par les molécules de physique au-delà du modèle standard. Les muons occupent une place importante pour les mesures du modèle standard ainsi que pour la recherche de nouvelle physique. Cette thèse étudie la recherche directe de Z’ se désintégrant en une paire de muons. Un petit nombre d’évènements suffit pour découvrir un Z’ ce qui est envisageable dès les premières collectes de données. On y étudiera notamment les effets d’alignement du spectromètre à muons sur des traces de haut pT et le potentiel de découverte de Z’ de l’expérience ATLAS. Cette analyse s’inscrivant dans le cadre du démarrage du LHC, l’alignement du spectromètre à muons n’aura pas atteint les performances nominales. Des muons de hauts pT ont été utilisés pour estimer l’impact d’un alignement dégradé sur la reconstruction de traces. Les comparaisons ont été faites en terme d’efficacité de reconstruction, de résolution en impulsion et en masse invariante, d’identification de la charge et de sensibilité à la découverte ou à l’exclusion. Pour les premières données du LHC une analyse avec le spectromètre seul est nécessaire. Enfin une étude complète pour déterminer la géométrie initiale du spectromètre à muons en utilisant des traces sans champ magnétique toroïdal a été menée.

The LHC is a proton collider located at CERN with 14 TeV in the centrer of mass. The first collisions are expected at the end of 2009. The ATLAS experiment is one of the two general- purpose LHC experiments. The available energy and its high luminosity will allow the ATLAS experiment to search for the Higgs boson along with other new particles predicted by physics models beyond the standard model. Muons are of major importance for the measurement of standard model and the search for new physics. They also provide valuable insight on the performance of the detector. In this thesis, the direct search of Z’ decaying into two muons has been studied. A small number of events is enough for discovering a Z’ and is possible with the first data. We shall study in particular the effects of the muon spectrometer alignment on high pT tracks and on the Z’ discovery potential in the ATLAS experiment. At start up of the LHC, the muon spectrometer alignment will not have reached the nominal performances. High pT muons have been used to estimate the impact of a degraded alignment on track reconstruction. Results are given in terms of reconstruction efficiency, momentum and invariant mass resolution, charge identification and the sensibility for the discovery or for the exclusion. For the first LHC data an analysis with the muon spectrometer only is necessary. Finally, a complete study to determine the initial geometry of the muon spectrometer using tracks without toroidal magnetic field has been done including an estimate of the beam time necessary to achieve a given alignment accuracy.