Recherche de production de paires de bosons de Higgs au collisionneur LHC (CERN) : Premier test du potentiel de Higgs et recherche de nouvelle physique

par Mohamed Belfkir

Projet de thèse en Physique Subatomique et Astroparticules

Sous la direction de Stéphane Jezequel.

Thèses en préparation à Chambéry , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules (laboratoire) depuis le 09-10-2018 .


  • Résumé

    Depuis la découverte du boson de Higgs en 2012, le secteur de Higgs du Modèle standard (MS) est une des fenêtres principales pour la recherche de nouvelle physique, en particulier via la mesure des couplages du boson de Higgs. Sa constante d'autocouplage lambda est un paramètre particulièrement intéressant du MS, puisqu'il détermine la forme du potentiel de Higgs, responsable de la brisure de symétrie électrofaible. Il pourrait également recevoir des contributions importantes venant de physique au-delà du MS. Au LHC, la mesure du paramètre lambda se fait à travers la mesure du taux de production différentiel de paires de bosons HH. Le canal de désintégration en paires de photons et de quarks b (HH->bbgamma gamma) est un des plus prometteurs. L'objectif de la thèse est de faire la première observation de la production de paires de bosons de Higgs ou d'y mettre une limite puis de faire la mesure du paramètre lambda. Pour cela, l'étudiant mettra en place de nouveaux algorithmes et outils d'analyse pour sélectionner les états finaux HH->bb gamma gamma. Ils seront exploités pour l'analyse de l'ensemble des données du Run2 (2015-2018) soit 150 fb-1 ce qui représente un gain d'un facteur quatre en quantité de données par rapport à la dernière publication. Les mesures du taux de production HH et du paramètre lambda seront ensuite combinées avec celles des autres canaux (bbbb, bbtautau) et enfin avec celles de l'expérience CMS pour maximiser la précision de ces mesures et surtout d'avoir une plus grande chance de faire la première observation de production HH. La dernière partie de la thèse portera sur l'interprétation de la mesure de HH->bbyy, pour la mesure de lambda dans le cadre du MS aussi bien que pour des interprétations dans des modèles de physique au-delà du MS. L'ensemble de ce travail mettra en place les outils pour les analyses futures au Run3 (300 fb-1) au HL-LHC (3000 fb-1) . Ces travaux pourront tirer partie de l'implication forte du LAPP dans le canal H->yy et de la forte volonté du groupe ATLAS-LAPP d'acquérir des compétences dans l'étiquetage des jets b. Ils bénéficieront également de la proximité du LAPP avec le CERN, facilitant les échanges allant du travail sur le détecteur à la théorie. Un séjour de longue durée (jusqu'à 6 mois) au CERN est prévu dans le cadre de la thèse.

  • Titre traduit

    Search for Higgs pair production at LHC Collider (CERN) : First measurement for Higgs potential andsearch for new physics


  • Résumé

    Since the discovery of the Higgs boson in 2012, the Higgs sector of the Standard Model is one of the main windows into searches for new physics, in particular through the measurement of its coupling parameters. The Higgs self-coupling parameter lambda plays a particularly important role, since it is a direct probe of the Higgs potential responsible for electroweak symmetry breaking in the SM. It could be distorted by large contributions from New Physics. The most sensitive probe of lambda at LHC is through double Higgs production with one Higgs decaying into a pair of b-quarks and the other in a pair of photons (HH -> bb gamma gamma) : this channel is one of the flagship measurements of the high-luminosity program of the LHC (HL-LHC). The proposed PhD will address the search for HH production with the ATLAS detector at LHC. The student will develop new analysis tools including the implementation of Machine Learning for the HH -> bb gamma gamma final state. This selection approach will be applied to the full Run2 sample (150 fb-1 collected between 2015 and 2018). This sample will be four times bigger than current published results. After this first step, he/she will participate to the combination of the different decay channels (bbbb, bbtautau) to maximise the opportunities to make the first HH production observation and maximise the precision on lambda . Finally, the student will contribute to the combination with the CMS experiment. Finally, the work will include the interpretation of the HH measurement. This will take the form of a measurement of the Higgs self-coupling parameter lambda in the context of the SM, as well as interpretations in terms of New Physics models. The work could also include the study of alternate probes of the Higgs potential coming from other Higgs processes. This work will also prepare the path to the analysis of Run3 (300 fb-1) data and HL-LHC (3000 fb-1) data. This PhD will make use of the strong involvement of LAPP in both H->gamma gamma and the aim of the ATLAS group to acquire b-jet tagging technology in relation with its contribution to the ITk upgrade. It will also benefit from the proximity of CERN, to facilitate interaction with experimental and theory groups on the CERN site, as well as technical and operational work on the dectector. The thesis will feature a long-term stay at CERN (up to 6 months) to facilitate these interactions.