Calorimétrie et mesure de la masse du W pour les futures expériences

par Marina Beguin

Projet de thèse en Physique des particules

Sous la direction de Elisabeth Locci.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Particules, Hadrons, Énergie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation (Orsay, Essonne) , en partenariat avec DSM-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-02-2017 .


  • Résumé

    L'identification et la reconstruction du particle-flow vont être la base de l'analyse des événements pour plusieurs, sinon toutes, des expériences des futurs colliders. La capacité d'un calorimètre (ECAL et HCAL) à identifier individuellement tous les états finals des particules est donc cruciale. Une granularité suffisante en temps et en espace, en particulier, sont essentielles, mais des identifications additionnelles ne peuvent qu'améliorer les performances de la reconstruction. Le projet portera sur les calorimètres de deux futures expériences : (i) la haute granularité du end-cap en Si-Wi-Cu du calorimètre (HGCAL) prévu pour être installé en phase 2 de l'upgrade du détecteur CMS pour la phase de haute luminosité du LHC (HL-LHC); et (ii) le système calorimétrique complet d'un détecteur pour FCC-ee - un collisionneur circulaire e+e-dans un anneau de 100km, pour lequel une option de double lecture, séparant les signaux de Cherenkov et de Scintillation, est aussi considérée. Pour la partie CMS de son travail, le candidat se concentrera sur l'optimisation de l'identification et de la reconstruction de particules, et sur l'étude de la performance calorimétrique en vue du portfolio de physique attendu pour HL-LHC. Parmi d'autres références, la mesure de la masse du boson W dans le événements W+-high-pT, qui devrait bénéficier pleinement de la luminosité homogène de HL-LHC, devrait être utilisée pour poser des contraintes sur la calorimétrie. Les résultats seront comparés à des analyses existantes des données collectées à 7, 8 et 13 TeV dans le but de comprendre les besoins d'amélioration du barrel du calorimètre pour rendre ces mesures possibles sur l'acceptance complète. Bien qu'ayant un environnement totalement différent, les calorimètres de FCC-ee feront face à des enjeux similaires. Une optimisation systématique de la granularité spatiale et temporelle et la capacité d'identification seront faites se façon à minimiser le particle-flow permanent et minimiser le coût du détecteur, dans le but de proposer un calorimètre potentiel pour la conception de base. Ici encore, le candidat utilisera la mesure de la masse du W comme référence, à l'aide de la reconstruction directe des événements e+e- -> W+W- à √s = 240 et 350 GeV.

  • Titre traduit

    Calorimetry and W mass measurement for future experiments


  • Résumé

    Particle-flow identification and reconstruction will be the basis of event analysis for many, if not all, future collider experiments. The capability of the calorimeters (ECAL and HCAL) to individually identify all final state particles is crucial in this perspective. Sufficient spatial and timing granularity, in particular, are a must, but additional identification handles can only improve the reconstruction performance. The project will address the calorimeters of two future experiments: (i) the Si-W-brass high-granularity end-cap calorimeter (HGCAL) planned to be installed in the phase-2 upgrade of the CMS detector for the high-luminosity phase of the LHC (HL-LHC); and (ii) the complete calorimetric system of a detector for the FCC-ee – a future e+e- circular collider in a 100 km ring, for which a dual read-out option, separating Cherenkov from Scintillation signals, is also considered For the CMS part of his/her work, the PhD candidate will focus on optimizing the particle identification and reconstruction, and on studying the calorimeter performance towards the physics portfolio expected for the HL-LHC. Among other benchmark analyses, the measurement of the mass of the W boson in W+high-pT jets events, which will fully benefit from the HL-LHC humongous luminosity, will be used to set requirements on the calorimetry. The results will be compared with existing analyses of data collected at 7, 8 and 13 TeV in view of understanding the needed barrel calorimeter improvements to make this measurement possible over the complete acceptance. Although with a totally different environment, the FCC-ee calorimeters will face similar challenges. A systematic optimization of the granularity in space and time and of the identification capabilities will be done to maximize the particle-flow performance and minimize the detector cost, with the goal of proposing a candidate calorimeter for the baseline design. Here too, the PhD candidate will use the W mass measurement as a benchmark, with the direct reconstruction of e+e-  W+W- events at √s = 240 and 350 GeV.