Au-delà du modèle standard : phénoménologie de matière noire exotique et contraintes du LHC

Beyond the Standard Model : phenomenology and LHC constraints of exotic dark matter

• Auteur / Autrice : Gaël Alguero
• Direction : Sabine Kraml, Geneviève Bélanger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique
• Date : Soutenance le 02/12/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (Grenoble ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Johann Collot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andreas Goudelis, Ana M. Teixeira, Björn Herrmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farvah Mahmoudi, Tilman Plehn

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière noire (astronomie)

Grand collisionneur de hadrons

Physique au-delà du modèle standard

Phénoménologie

Mots clés libres

Phénoménologie

Réinterprétation

Outils

Au-Delà du modèle standard

Lhc

Matière noire

Tools

Phenomenology

Lhc

Dark matter

Beyond the Standard Model

Reinterpretation

Résumé

Le Modèle Standard (MS) de la physique des particules est l'une des théories les plus réussies de la science. En effet, de nombreuses prédictions du MS se sont révélées cohérentes avec les mesures expérimentales. Cependant, certaines exceptions laissent entrevoir l'incomplétude du MS et poussent les physiciens à rechercher une nouvelle physique. Les collaborations ATLAS et CMS mènent un vaste et passionnant programme de physique au LHC. La recherche de nouvelle physique constitue une partie importante de ce programme. Des modèles simplifiés sont utilisés pour caractériser les potentiels signaux de nouvelle physique. La réinterprétation des résultats du LHC dans des scénarios plus réalistes que les modèles simplifiés est cruciale afin d'utiliser au mieux le potentiel des données expérimentales. Le travail de cette thèse s'est concentré sur deux aspects de la réinterprétation, l'amélioration des outils de réinterprétation et la phénoménologie au-delà du Modèle Standard (BSM). La combinaison statistique des SRs permet d'utiliser davantage la sensibilité physique des données expérimentales dans les outils publics. Cette thèse a participé à l'implémentation de cette fonctionnalité dans MadAnalysis5 et SModelS. Une partie de l'attention a également été accordée aux études phénoménologiques afin de démontrer l'impact de la combinaison de SRs. Expliquer la nature de la matière noire est un autre domaine où le MS échoue. Bien que de nombreuses particules hypothétiques ayant des propriétés différentes soient de bons candidats pour la matière noire, la façon dont elles sont produites dans l'Univers primitif peut être classée en quelques mécanismes principaux. Le paradigme standard des WIMPs est basé sur le mécanisme de "freeze-out'', qui repose sur plusieurs hypothèses valables dans les cas les plus généraux. La partie matière noire de cette thèse s'est concentrée sur un mécanisme récemment proposé, qui est le mécanisme de freeze-out par conversion, ou "coscattering''.

The Standard Model (SM) of particle physics is one of the most successful theories in science. Indeed, numerous SM prediction have been observed to be consistent with experimental measurements. However, some caveats hint for the incompleteness of the SM and push physicists to search for new physics. The ATLAS and CMS collaborations are carrying out an extensive and exciting physics programme at the LHC. Searches for new physics constitute a relevant part of this program. Simplified models are used to characterize the potential new physics signal. Reinterpreting the LHC results in more realistic scenarios than the simplified models is crucial in order to use the most of the physics sensitivity of the data.The work of this thesis focused on two aspects of reinterpretation, the improvement of reinterpretation tools and the phenomenology of beyond the Standard Model (BSM). The statistical combination of signal regions (SRs) allows to use more of the physics sensitivity of the experimental data in public tools. This thesis participated in the implementation of this feature in MadAnalysis5 and SModelS. Part of the focus was also given to phenomenological studies in order to demonstrates the impact of SR combination. Explaining the nature of dark matter (DM) is another area where the SM fails. Although many hypothetical particles with different properties are good DM candidates, the way they are produced in the early Universe can be classified into a few main mechanisms. The standard WIMP picture is based on the freeze-out mechanism, which is based on several assumptions that are valid in general cases. However, these assumptions can be broke for some scenarios, leading to exceptions to the standard WIMP picture. The DM portion of this thesis focused on a recently proposed mechanism, which is the conversion-driven freeze-out mechanism.