Thèse soutenue

Interactions photon-photon en collisions proton-proton dans l'expérience ATLAS au LHC
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Auteur / Autrice : Mateusz Dyndal
Direction : Laurent SchoeffelMariusz Przybycien
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 21/09/2015
Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec AGH University of Science and Technology (Cracovie, Pologne)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Noyaux, Cosmos (Paris ; 2009-2015)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de physique des particules (Gif-sur-Yvette, Essonne)
Jury : Président / Présidente : Patrick Puzo
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Schoeffel, Mariusz Przybycien, Patrick Puzo, Nicole D'Hose, Antoni Szczurek, Piotr Bozek, Janusz Chwastowski, Wladyslaw Dabrowski
Rapporteurs / Rapporteuses : Nicole D'Hose, Antoni Szczurek

Résumé

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Cette thèse présente la première mesure de la section efficace exclusive photon-photon-> di-leptons en collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV dans l'expérience ATLAS au LHC. La mesure est réalisée avec toutes les données accumulées en 2011, pour une luminosité intégrée de 4.6/fb. La première partie de la thèse est dédiée à la description théorique de ce type d'interaction. Le calcul de l'amplitude de la réaction photon-photon-> di-leptons est bien connu dans le cadre du modèle standard de la physique des particules. Cependant, une complication apparaît au LHC avec la prise en compte des effets de taille finie du proton. Le calcul de cet effet est l'une de mes contributions personnelles. Il a donné lieu à une publication. La section efficace nominale est réduite d'environ 20% du fait de cet effet, ce qui n'est pas négligeable. La seconde partie de la thèse concerne la description des détecteurs de l'expérience ATLAS. J'y décris en particulier le travail que j'ai réalisé sur la simulation de certains de ces détecteurs, en particulier les détecteurs situés dans la ligne de vol des protons, qui permettent la mesure de la trajectoire de ces derniers. Enfin, la dernière partie de la thèse concerne la mesure expérimentale de la section efficace de la réaction photon-photon-> di-leptons en collisions proton-proton, comme mentionnée plus haut. Lorsque la paire de leptons est une paire de muons, on trouve que la section efficace exclusive est égale à 0.628 ± 0.032(stat) ± 0.021(syst) pb, pour le domaine cinématique suivant M(di-muons)>20 GeV, pT(muons)>10 GeV et |muons)<2.4. Lorsque la paire de leptons est une paire électron-positrons, nous avons obtenu une section efficace exclusive égale à 0.428 ± 0.035(stat) ± 0.018(syst) pb, pour M(ee)>24 GeV, pT(e)>12 GeV et |muons (e)|<2.4. De plus, ces mesures confirment que le facteur de réduction par rapport à la prédiction théorique nominale (sans prendre en compte les effets de taille finie du proton) est bien de 20% dans le domaine d'énergie de la mesure. Cette analyse a été publiée par la collaboration ATLAS. Une perspective pour cette mesure est de la réaliser à plus haute énergie avec les nouvelles données accumulées par l'expérience ATLAS à partir de 2015. De plus, une mesure directe de la trajectoire des protons pourrait aider à la sélection exclusive.