Recherche expérimentale de la brisure spontanée de symétrie électrofaible dans le canal H-gammagamma et d'une solution au problème de hiérarchie dans ATLAS : participation à la préparation de l'électronique du calorimètre électromagnétique

par Marc Escalier

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Bertrand Laforge.

Soutenue en 2005

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Higgs
• Photon
• Gluon
• Argon liquide

Résumé

Cette thèse s'articule autour de la compréhension du mécanisme de brisure spontanée de symétrie électrofaible dans l’expérience ATLAS au LHC, à travers 2 thématiques : la recherche du boson de Higgs dans le canal H->gamma gamma et une recherche de dimensions supplémentaires dans le secteur des gluons. En outre, les tests de l'électronique du calorimètre électromagnétique ont permis de valider la conception des cartes dont la responsabilité était liée au LPNHE. L'utilisation de données de simulation complète du détecteur a permis de calculer de façon précise la résolution en masse du système diphotons. Une étude avec des variables discriminantes a permis d'obtenir, pour une efficacité de 80% d'identification des photons, un pouvoir de réjection des jets de l'ordre de 7000. Grâce aux progrès théoriques récents, signal et bruit de fond ont pu être étudiés à un ordre supérieur du développement perturbatif. Le potentiel de découverte profite de cet apport et augmente de 52% par rapport à la même analyse faite au niveau fondamental (LO). Enfin, une analyse utilisant une méthode de maximum de vraisemblance permet d'améliorer de l'ordre de 40 % le potentiel de découverte par rapport à notre propre analyse classique. Finalement, le boson de Higgs peut maintenant être découvert dans ce canal pour une luminosité intégrée de 10 fb-1 pour un Higgs à 120 GeV/c2. Le problème de naturalité de la masse du Higgs peut être résolu par l'introduction de dimensions supplémentaires dans lesquel les gluons peuvent se propager. Nous avons montré qu'il était possible de découvrir l'existence de dimensions supplémentaires jusqu'à une échelle de compactification de 15 TeV.

Titre traduit

Experiment search of the electroweak symmetry breaking in the H-gammagamma channel and of a solution of the hierarchy problem in the ATLAS experiment : participation to the tests of the electronics of the electromagnetic calorimeter

Résumé

This thesis deals with the understanding of the spontaneous electroweak symmetry breaking mechanism in the ATLAS experiment at LHC collider, by studying two complementary thematics : the search for the Higgs boson in the H->gamma gamma channel, and a search for extra dimensions in the gluon sector. Tests of the electronic of the electromagnetic calorimeter allowed to validate various cards that were under the responsibility of the LPNHE. Using full simulation data of the detector allowed us to precisely compute mass resolution of the diphoton system. Due to recent theoretical improvements, signal and background have been studied at the next order of the perturbative development, which increases cross-sections. With regards to the jet background, a study has been done using discriminating variables in order to obtain, for a 80% photons efficiency, a rejection factor of 7000. The discovery potential benefits from this change of cross-sections and increases by 52% in comparison with the same analysis done at the leading order. In addition to this, a new analysis using a maximum likelihood method allowed us to increase by 40% the discovery potential in comparison with our classical analysis. In conclusion, the Higgs boson of 120 GeV/c2 can be now discovered in this channel with an integrated luminosity of 10 fb-1. Furthermore, naturality problem of the Higgs boson mass can be solved by introducing extra dimensions in which gluons can propagate. We have shown that it was possible to discover extra-dimensions up to a compactication scale of 15 TeV.