Recherche de matière noire produite en association avec un boson de Higgs avec les données à 13 tev de l'expérience ATLAS et évaluation des performances du détecteur de temps à haute granularité

Dark Matter Searches in Association with a Higgs Boson using √s = 13 TeV ATLAS Data and Performance Evaluation of the High-Granularity Timing Detector

• Auteur / Autrice : Alexander Leopold
• Direction : Bertrand Laforge
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 16/12/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Physique nucléaire et hautes énergies (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Eli Ben-Haim
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Contardo, Marie-Hélène Genest, Anne-Catherine Le Bihan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Serin, Oleg Brandt
• DOI : 10.70675/ecb3d3a1zf2eez4ff2zba5fz0ea59d188fb6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bosons de Higgs

Matière noire (astronomie)

Expérience ATLAS

Mots clés libres

Matière noire

Boson de Higgs

ATLAS

Mono-Higgs

Détecteur de temps hautement granulaire

HL-LHC

Dark matter

Higgs boson

High granularity timing detector

Résumé

Les preuves accablantes de l'existence de matière noire dans l'univers présentées par les observations astrophysiques et cosmologiques motivent le programme de recherche de matière noire candidate aux expériences du LHC.Si ces nouvelles particules peuvent être produites lors de collisions proton-proton au LHC, elles apparaîtront comme des signatures d'impulsion transverse manquantes en raison de leur faible interaction avec la matière baryonique.La découverte d'un boson de Higgs sur ATLAS et CMS en 2012 a ouvert de nouvelles possibilités pour rechercher des candidats de matière noire produits en association avec un boson de Higgs. Cette thèse présente deux analyses basées sur l'ensemble de données ATLAS Run 2 de 139 fb-1, à la recherche de candidats de matière noire produits en association avec une particule de Higgs. Dans les deux analyses, le boson de Higgs est reconstruit exclusivement dans le canal diphoton.La signature Mono-Higgs est basée sur une particule de médiateur, reliant le modèle standard au secteur sombre, montrant un boson de Higgs et des particules de matière noire à l'état final.La recherche d'une production electroweakino recherche un boson de Higgs, un boson W et un moment transversal manquant à l'état final.Cette thèse contient également des études de performance approfondies réalisées pour le détecteur de temps hautement granulaire, un projet de mise à jour d'ATLAS.Les informations de temps de haute précision de 30 à 50 ps par trace fournies par ce détecteur ouvrent de nouvelles stratégies pour l'atténuation de l'empilement, qui sont basées sur une bonne capacité de reconstruction de temps de piste.

The overwhelming evidence for the existence of dark matter in the universe presented by astrophysical and cosmological observations motivates the search program for dark matter candidates at the LHC experiments.If these new particles can be produced in proton-proton collisions at the LHC, they would appear as missing transverse momentum signatures due to their weak interaction with baryonic matter.Additionally, the discovery of a Higgs boson at both ATLAS and CMS in 2012 opened new possibilities to search dark matter candidates produced in association with a Higgs boson. This thesis presents two analyses based on the full ATLAS Run 2 dataset of 139 fb-1 recorded between 2015 and 2018, searching for dark matter candidates produced in association with a Higgs particle. In both analyses, the Higgs boson is reconstructed exclusively in the diphoton channel.The Mono-Higgs signature is based on a mediator particle, connecting the Standard Model with the dark sector, showing a Higgs boson and dark matter particles in the final state.The search for electroweakino production looks for a Higgs boson, a W boson and missing transverse momentum in the final state.This thesis also contains extensive performance studies performed for the High-Granularity Timing Detector, an ATLAS upgrade project that will be installed in the ATLAS cavern before the start of the High-Luminosity LHC runs in 2027.The high precision timing information of 30 - 50 ps per track provided by this detector opens up new strategies for pile-up mitigation, which are based on a good track-time reconstruction capability.An in depth assessment of first reconstruction algorithms and the posed challenges is provided.