Mesure de la masse et de la largeur du boson de Higgs se désintégrant en 4 leptons via ZZ* et reconstruction des électrons dans l’expérience CMS auprès du LHC

Measurements of the Higgs boson mass and width in the four-lepton final state and electron reconstruction in the CMS experiment at the LHC

• Auteur / Autrice : Mykhailo Dalchenko
• Direction : Stéphanie Baffioni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Masse

Bosons de Higgs

Leptons

Résumé

Ce document de thèse traite de la mesure de la masse et de la largeur du nouveau boson découvert récemment au Large Hadron Collider (LHC), candidat pour être le boson de Higgs du modèle standard. L’analyse utlise les collisions protons-protons enregistrées par le détec- teur Compact Muon Solenoid (CMS) au LHC, correspondant à des luminosités integrées de 5. 1 fb−1 à 7 TeV d’énergie dans le centre de masse et de 19. 7 fb−1 à 8 TeV d’énergie dans le centre de masse. Les événements selectionnant le boson de Higgs via sa désintégration en ZZ, ou les bosons Z se désintègrent en paires d’électrons ou de muons, ont été exploités pour la mesure des propriétés du boson de Higgs. Une mesure précise de la masse a été effectuée et vaut 125. 6 ± 0. 4(stat) ± 0. 2 (syst) GeV. Des contraintes sur la largeur du boson de Higgs ont été établies en utilisant sa production hors-masse et sa désintégration en une paire de bosons Z, ou un des Z se désintègre en paire d’électrons ou de muons, et l’autre en une paire d’électrons, de muons ou de neutrinos. Le résultat obtenu est une limite supérieure sur la largeur du boson de Higgs à 22 MeV à 95% de niveau de confiance, ce qui correspond à 5. 4 fois la valeur attendue pour le modèle standard à la masse mesurée. Une attention particulière a été apportée à l’estimation de l’impulsion des électrons. La combinaison de l’estimation de l’impulsion par le trajectomètre et la mesure de l’énergie déposée dans le calorimètre électromagnétique, permettant une amélioration significative de la mesure de l’impulsion des électrons de bassse impulsion transverse, a été ré-optimisée et a joué un rôle essentiel dans la découverte du boson Higgs dans le canal en quatre leptons. L’échelle d’énergie ainsi que la résolution en énergie des électrons a été mesurée avec une grande précision en utilisant les bosons de Z se désintégrant en électrons.

This thesis document reports measurements of the mass and width of the new boson re- cently discovered at the Large Hadron Collider (LHC), candidating to be the Standard Model Higgs boson. The analysis uses proton-proton collision data recorded by the Compact Muon Solenoid (CMS) detector at the LHC, corresponding to integrated luminosities of 5. 1 fb−1 at 7 TeV center of mass energy and 19. 7 fb−1 at 8 TeV center of mass energy. Set of events selecting Higgs boson via the H → Z Z decay channel, where both Z bosons decay to electron or muon lepton pairs, is used for the Higgs boson properties measurements. A precise measurement of its mass has been performed and gives 125. 6 ± 0. 4(stat) ± 0. 2 (syst) GeV. Constraints on the Higgs boson width were established using its off-shell production and decay to a pair of Z bosons, where one Z boson decays to an electron or muon pair, and the other to an electron, muon, or neutrino pair. The obtained result is an upper limit on the Higgs boson width of 22 MeV at a 95% confidence level, which is 5. 4 times the expected value in the standard model at the measured mass. Throughout the thesis, a particular attention has been put on the elec- tron momentum estimation. The combination of the momentum estimate with the tracker and the energy measurement with the electromagnetic calorimeter, allowing a significant improvement of the low transverse impulsion electrons measurement of the momentum, has been revisited and played an essential role in the Higgs boson discovery in the 4 leptons decay channel. The electron energy scale and resolution have been measured with very high precision using the Z boson decaying in electrons.