CD Prioritaire - Contraintes sur les modèles de nouvelle physique avec les données de LHC-13

par Ronan Ruffault

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Julien Lavalle.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de École Doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015) , en partenariat avec LUPM - Laboratoire Univers et Particules Montpellier (laboratoire) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    En 2015 le collisionneur de particules LHC au CERN reprendra de nouveau ses opérations, à une énergie de 13 TeV. Après avoir trouvé le boson de Higgs du modèle standard dans la première phase du LHC, le thème central des grandes expériences ATLAS et CMS sera maintenant la recherche de signaux de physique au-delà du modèle standard. D'après des arguments théoriques forts, le mécanisme de brisure de la symétrie électrofaible du modèle standard devrait être complété par un mécanisme (inconnu à présent) pour stabiliser l'échelle électrofaible par rapport aux effets radiatifs à très haute énergie. Les nouvelles forces et les particules correspondantes devraient être découvertes aux énergies du LHC-13. Dans les années à venir, les résultats expérimentaux seront continuellement mis à jour pour que les phénoménologues et les théoriciens puissent les interpréter. En effet, les analyses publiées par les groupes expérimentaux ne s'appliquent souvent qu'à certains scénarios simplifiés de physique au-delà du modèle standard. Il sera donc impératif de les réinterpréter pour acquérir des connaissances sur les modèles plus réalistes (et plus complexes). Avant l'ère du LHC, de nombreux modèles de physique au-delà du modèle standard ont été proposés afin de stabiliser l'échelle électrofaible. La plupart de ces scénarios sont des modèles supersymétriques ou des théories avec de nouvelles interactions fortes (où le boson de Higgs est un état composite). Les résultats de la première phase du LHC ont contraint l'espace de paramètres d'un grand nombre de ces modèles. Avec les données de la deuxième phase, on pourra restreindre davantage l'ensemble des candidats pour la théorie correcte de la physique à l'échelle du TeV. Ce sera le sujet de cette thèse. L' ́etudiant(e) devra étudier la compatibilité des scénarios prometteurs avec les données expérimentales les plus récentes, et identifier les candidats qui demeureront favorisés par les expériences. Si des déviations du modèle standard étaient observées, il/elle étudiera les explications possibles au moyen de la nouvelle physique. Un thème central sera l'étude des modèles de supersymétrie dite naturelle et l'impact des résultats des expériences du LHC sur ces modèles. L'étudiant(e) se familiarisera avec les concepts fondamentaux de la physique des collisionneurs et de la physique au-delà du modèle standard. Enfin il/elle deviendra expert(e) des modèles de nouvelle physique à l'échelle du TeV. Il/elle conduira ses recherches en combinant les méthodes analytiques et numériques, se servant en particulier des logiciels modernes pour la simulation des événements au LHC et pour l'analyse des données expérimentales afin d'établir des contraintes sur les modèles de nouvelle physique.

  • Titre traduit

    Constraints on models of new physics with LHC-13 data


  • Résumé

    In 2015 the LHC particle collider at CERN will resume its operations at an increased energy of 13 TeV. Having found the Standard Model Higgs boson during its first run, the focus of the two big LHC experiments ATLAS and CMS will now be on searching for signs of physics beyond the Standard Model. In fact, according to strong theoretical arguments, the Standard Model's mechanism for breaking the electroweak symmetry should be supplemented by presently unknown new physics in order to stabilise the electroweak scale against radiative contributions from very high energies. The corresponding new particles and forces should reveal themselves at LHC-13 energies. During the coming years, experimental search results will continuously be updated for the phenomenologists and theorists to interpret. In fact, since the experimental analyses are typically conducted within the context of specific simplified models, it will be crucial to re-interpret them in order to gain insights about more complex but potentially realistic models. Before the LHC era a number of well-motivated scenarios have been proposed as candidates to stabilise the electroweak scale by means of new physics beyond the Standard Model. The majority of these scenarios can be grouped into one of two classes, namely supersymmetric models, and models with new strong interactions (where the Higgs boson is a composite state). The results of the first LHC run have already severely limited the viable parameter space for many of these models. With new data from the second run, it should be possible to even further reduce the number of possible candidates for theories of new physics at the TeV scale. This will be the subject of the present thesis. The student will analyse promising new physics scenarios with regards to their compatibility with recent data, and identify the candidates which remain favoured experimentally. In case deviations from Standard Model predictions show up in the data, he/she will investigate possible explanations in terms of new physics. Particular emphasis will be placed on models of Natural Supersymmmetry and how they are affected by LHC findings. The student will familiarise himself/herself with the fundamental concepts of collider physics and of physics beyond the Standard Model. Eventually he/she will become an expert in models of new physics at the TeV scale. He/she will employ both numerical and analytic methods for this thesis work; in particular, using of state-of-the-art computer codes for simulating LHC events and for recasting experimental data in terms of constraints on potentially realistic models.