Étude du couplage du boson de Higgs au quark top dans les canaux avec deux leptons de même signe avec l’expérience ATLAS au LHC

Probing the Higgs coupling to the top quark in two same sign leptons final states with the ATLAS detector at the LHC

• Auteur / Autrice : Kevin De Vasconcelos Corga
• Direction : Fabrice Hubaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des Particules et Astroparticules
• Date : Soutenance le 18/10/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de physique des particules de Marseille (CPPM)
• Jury : Président / Présidente : Cristinel Diaconu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mauro Donegà, Isabelle Wingerter Seez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Henri Bachacou, Guillaume Unal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Centre de masse

Quark top

Expérience ATLAS

Grand collisionneur de hadrons

Mots clés libres

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Résumé

Le Grand Collisionneur de Hadrons (Large Hadron Collider, LHC), au CERN (European Organisation for Nuclear Research), permet de sonder la matière à l’échelle subatomique. Après deux ans d’arrêt pour raison de maintenance et mises à jour, le LHC a redémarré en juin 2015 avec une augmentation de luminosité et d’énergie dans le centre de masse de 8 à 13 TeV. La première partie de ce document traite de la mesure de l’efficacité de reconstruction des électrons dans le détecteur ATLAS avec 27:7 fb−1 de données collectées en 2016. L’environnement hadronique des collisions voit les leptons être des marqueurs caractéristiques d’évènements d’intérêt. La mesure de leur efficacité de reconstruction est par conséquent cruciale. Méthode de mesure et d’estimation des bruits de fond sont présentées pour les électrons et les efficacités sont calculées dans les données et simulations. Les électrons sont reconstruits avec une efficacité variant de 97% à 99%. La précision de la mesure est de l’ordre du pourcent à bas ET et du pour mille pour ET > 20 GeV. Les résultats ont été utilisés par l’ensemble des analyses de l’expérience ATLAS utilisant des électrons. La seconde partie est consacrée à l’étude du couplage yt entre le boson de Higgs et le quark top. L’étude présentée dans ce document cible une mesure directe du couplage yt grâce au mode de production du boson de Higgs en association avec une paire de quark top (t¯tH). Sept canaux multileptoniques, visant principalement les décroissances du boson de Higgs H → WW∗ et H → fifi, ont été étudiés avec les 36:1 fb−1 de données collectées par l’expérience ATLAS au cours des années 2015 et 2016. Ce document décrit l’étude du canal le plus sensible au couplage, comptant deux leptons de même charge électrique dans l’état final. La discrimination du bruit de fond repose sur des analyses multivariées et l’apprentissage de la machine. La stratégie d’optimisation est présentée et les résultats détaillés pour le canal 2‘SS. La combinaison de tous les canaux associés à la production t¯tH a rendu possible la mise en évidence, puis l’observation de ce processus par les expériences ATLAS et CMS. L’analyse multileptonique pour la recherche de production t¯tH a été adaptée à la recherche de changement de saveur du quark top avec émission de courant neutre, interdit à l’ordre de l’arbre. Les canaux 2‘SS et 3‘ sont étudiés et leurs résultats combinés. Les limites supérieures posées sur les rapports d’embranchement des processus B(t → Hu) et B(t → Hc) sont de 0.19% et 0.16%, respectivement, et les plus basses à l’heure de leur obtention.

The Large Hadron Collider (LHC) at CERN (European Organization for Nuclear Research) enables physics exploration at subatomic level. After shutting down for planned maintenance in early 2013, the LHC restarted in June 2015, increasing luminosity and centre of mass energy from 8 to 13 TeV. The first part of this document is dedicated to the electron reconstruction efficiency measurement with the ATLAS detector using 27:7 fb−1 of data collected in 2016. In the intense hadronic environment, leptons are markers of interest for many processes. Precise measurements of their reconstruction efficiency are then crucial. Measurement method and background estimates are detailed for electrons, and results are computed in both data and Monte Carlo simulation samples. Electron reconstruction efficiency varies from 97% to 99%. The measurement accuracy is at the percent and per mille level at low energy and ET > 20 GeV, respectively. Those results have been used in all ATLAS physics analyses involving electrons. The second part of this manuscript focuses on the Higgs boson coupling yt to the top quark. The analysis aims at a direct measurement of the coupling yt from the associated production of the Higgs boson with a top quark-antiquark pair (t¯tH). Seven multileptonic channels, mainly targetting Higgs boson decays H → WW∗ and H → fifi, have been studied using 36:1 fb−1 of proton-proton collision data collected in 2015 and 2016. This document focuses on the most sensitive one for the measurement, characterized by a final state with two same-charge leptons. Background discrimination is based on machine learning with multivariate analysis (MVA) techniques. The optimisation strategy is described and results detailed for the 2‘SS channel. Combining all t¯tH studied decay channels, the ATLAS and CMS experiments independently claimed an evidence, and then observation for the t¯tH process. The same methodology has been used in the search for flavour changing neutral currents in top-quark decays, forbidden at tree level. The 2‘SS and 3‘ channels are optimized and their results are combined. The current best upper limits on the branching ratios B(t → Hu) and B(t → Hc) have been set to 0.16% and 0.19%, respectively.