Recherche de processus rares avec la signature Z+bb au LHC, à l'aide de la méthode des éléments de matrice

Search for rare processes with a Z+bb signature at the LHC, with the matrix element method

• Auteur / Autrice : Camille Beluffi
• Direction : Denis Gelé, Vincent Lemaître
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules élémentaires
• Date : Soutenance le 14/10/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Université catholique de Louvain (1970-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Lucotte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Delaere, Luca Scodellaro, Silvano Tosi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arnaud Lucotte, Muriel Vander Donckt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grand collisionneur de hadrons

Particules (physique)

Jets (physique nucléaire)

Bosons Z

Mots clés libres

Boson de Higgs

Physique des particules

LHC

CMS

Méthode des éléments de matrice

Étiquetage de b jets

Higgs boson

LHC

CMS

Matrix element method

B-tagging

Résumé

Cette thèse présente une étude détaillée de l'état final avec un boson Z se désintégrant en deux leptons, produit dans le détecteur CMS au LHC. Pour identifier cette topologie, des algorithmes sophistiqués d'étiquetage des jets b ont été utilisés, et la calibration de l'un d'entre eux, Jet Probability, est exposée. Une étude de la dégradation de cet algorithme à hautes énergies a été menée et une amélioration des performances a pu être notée. Cette étude est suivie par une recherche du boson de Higgs du modèle standard (MS) se désintégrant en deux quarks b, et produit en association avec un boson Z (canal ZH), à l'aide de la Méthode des Éléments de Matrice (MEM) et deux algorithmes d'étiquetage des jets b: JP et Combined Secondary Vertex (CSV). La MEM est un outil perfectionné qui produit une variable discriminante par événement, appelée poids. Pour l'appliquer, plusieurs lots de fonctions de transfert ont été produits. Le résultat final renvoie une limite observée sur le taux de production de ZH avec le rapport d'embranchement H → bb de 5.46xσMS en utilisant CSV et de 4.89xσMS en faisant usage de JP : un léger excès de données est observé seulement pour CSV. Enfin, à partir de l'analyse précédente, une recherche de nouvelle physique modèle-indépendante a été faite. Le but était de discriminer entre eux les processus du MS afin de catégoriser l'espace de phase Zbb, à l'aide d'une méthode récursive basée sur les poids de la MEM. Des paramètres libres ont été ajustés pour obtenir la meilleure limite d'exclusion pour le signal ZH. En utilisant la meilleure configuration trouvée, la limite calculée est de 3.58xσMS, proche de celle obtenue avec l'analyse précédente.

This thesis presents a detailed study of the final state with the Z boson decaying into two leptons, produced in the CMS detector at the LHC. In order to tag this topology, sophisticated b jet tagging algorithms have been used, and the calibration of one of them, the Jet Probability (JP) tagger is exposed. A study of the tagger degradation at high energy has been done and led to a small gain of performance. This investigation is followed by the search for the associated production of the standard model (SM) Higgs boson with a Z boson and decaying into two b quarks (ZH channel), using the Matrix Element Method (MEM) and two b-taggers: JP and Combined Secondary Vertex (CSV). The MEM is an advanced tool that produces an event-by-event discriminating variable, called weight. To apply it, several sets of transfer function have been produced. The final results give an observed limit on the ZH production cross section with the H → bb branching ratio of 5.46xσSM when using the CSV tagger and 4.89xσSM when using the JP algorithm: a small excess of data is observed only for CSV. Finally, based on the previous analysis, a model-independent search of new physics has been performed. The goal was to discriminate all the SM processes to categorize the Zbb phase space, with a recursive approach using the MEM weights. Free parameters had to be tuned in order to find the best exclusion limit on the ZH signal strength. For the best configuration, the computed limit was 3.58xσSM, close to the one obtained with the dedicated search.