Ecole Doctorale

Physique et Sciences de la Matière

Spécialité

PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : PHYSIQUE DES PARTICULES ET ASTROPARTICULES

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

LHC,ATLAS,HIGGS,ttH,MS,BSM,

Keywords

LHC,ATLAS,HIGGS,ttH,SM,BSM,

Titre de thèse

Études des propriétés du boson de Higgs et recherche de nouvelle physique au-delà du modèle standard dans des états finaux multi-leptoniques avec le détecteur ATLAS auprès du LHC
Studies of the Higgs boson properties and search for new physics beyond the standard model in multilepton final states with the ATLAS detector at LHC

Date

Jeudi 16 Septembre 2021 à 14:00

Adresse

Institute of Frontier and Interdisciplinary Science and Key Laboratory of Particle Physics and Particle Irradiation (MOE) Bâtiment E, Zhou Yuan Shandong University / Universite du Shandong 345-E

Jury

Directeur de these M. Emmanuel MONNIER CPPM
CoDirecteur de these M. lianliang MA Universite du Shandong
Examinateur M. cristinel DIACONU cppm
Examinateur M. xueyao ZHANG Universite du Shandong
Examinateur Mme Suzanne GASCON Université de Lyon - IP2I
Rapporteur M. Kun LIU Tsung-Dao Lee Institute
Rapporteur Mme Xuai ZHUANG Institute of High Energy Physics (IHEP)

Résumé de la thèse

La mesure des propriétés du boson de Higgs est l'un des principaux axes de la physique des hautes énergies. Le couplage de Yukawa entre le Higgs et le quark top - qui est le fermion du modèle standard le plus lourd - est l'une des constantes les plus intéressantes qui puissent être sondées à partir de la mesure de la section efficace de la production associée d'un boson de Higgs avec une paire de quarks top (ttH). La mesure de cette section efficace ttH dans des états finaux multileptons avec des collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de √s = 13 TeV est présentée dans cette thèse. La mesure a été effectuée sur un ensemble de données, et une luminosité intégrée de 79.9fb-1, enregistrées par l'expérience ATLAS au grand collisionneur de hadron. Les données sélectionnées sont classées selon six états finaux, en fonction du nombre et de la saveur des leptons chargés candidats, pour rechercher le signal ttH. La meilleure valeur obtenue de l’ajustement des données est µ(ttH) = 0.58 +0.36 -0.33, tandis que la section efficace de production ttH obtenue est σ(ttH) = 294+182-162 fb, en accord avec la prédiction du modèle standard σ(ttH) = 507 +35 –50 fb. La significance observée (attendue) comme excédent au-dessus de l'hypothèse de fond uniquement est de 1.8 (3.1) écarts-types. L'analyse de la mesure de la section efficace ttH avec l'ensemble des données ATLAS du Run 2 et une luminosité intégrée de 139.0 fb-1 est toujours en cours. Les résultats attendus sont présentés en suivant la méthode utilisée précédemment avec seulement des échantillons nominaux considérés dans le canal avec deux leptons de mêmes signes et aucun tau. La signification attendue dérivée du calcul statistique est de 2.2σ. La dernière partie de la thèse présente une recherche de résonance neutre lourde X dans un canal X→WW→eνµν à partir de données collectées par ATLAS en 2015 et 2016. Les données ont été prises à une énergie dans le centre de masse de √s=13 TeV, et une luminosité intégrée de 36.1 fb-1. Sept hypothèses sont testées dans l'analyse : deux scénarios, une approximation de largeur étroite et des hypothèses de grande largeur, qui considèrent les largeurs de désintégration d'un boson de Higgs lourd indépendant du modèle, et cinq modèles de référence, le modèle à deux doublets de Higgs, le modèle Georgi-Machacek, un modèle à triplet vectoriel lourd avec un boson lourd de spin-1, le modèle Randall-Sundrum minimal avec un graviton de spin-2 pour k/MPl=0.5 ou 1, et le modèle de lagrangien effectif avec un graviton spin-2 de fusion vecteur boson. Aucun excès significatif n'a été trouvé au-delà de la prévision du modèle standard dans une gamme de masse comprise entre 200 GeV et 5 TeV. Les limites supérieures à 95% CL sont fixées sur la section efficace de production de résonance multipliée par la fraction de branchement X→WW.

Thesis resume

The measurement of the Higgs boson properties is one of the main focuses of the high energy physics. The Yukawa coupling between Higgs and top quark - which is the heaviest Standard Model (SM) fermion - is one of the most interesting constants which can be probed from the cross section measurement of associated production of a Higgs boson with a top-quark pair (ttH). This ttH cross section measurement with proton-proton collisions at a center-of-mass energy of √s=13 TeV is presented in this thesis. The measurement was performed in multilepton final states using a dataset corresponding to an integrated luminosity of 79.9 fb-1 recorded by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC). The selected data are categorized in six final states by the number and flavor of charged-lepton candidates to search for the ttH signal. The best-fit value obtained is µ(ttH)=0.58+0.36-0.33, while the corresponding cross section for ttH production is σ(ttH)=294+182-162 fb, in agreement with the Standard Model prediction, σ(ttH)=507+35-50 fb. The observed (expected) significance as excess above the background-only hypothesis is 1.8σ (3.1σ). The analysis to measure the ttH cross section with the full Run 2 ATLAS dataset corresponding to 139.0 fb-1 integrated luminosity is in progress. The expectation results are presented following the method used in the previous analysis with only the two same sign leptons and no tau channel. The expected significance derived from the statistical calculation is 2.2σ. The last part of the thesis presents a search for a heavy neutral resonance X in an X→WW→eνµν channel using data collected by ATLAS in 2015 and 2016. The 36.1 fb-1 integrated luminosity dataset was taken at a center-of-mass energy of √s=13 TeV. Seven hypotheses are tested in the analysis: two scenarios, the narrow width approximation and the large width assumptions, that consider the decay widths of a model-independent heavy Higgs boson, and five benchmark models, the two-Higgs-doublet models, the Georgi-Machacek model, the heavy vector triplet model with a spin-1 heavy boson, the bulk Randall-Sundrum model with a spin-2 graviton at k/MPl=0.5 or 1, and the effective Lagrangian model with a VBF spin-2 graviton. No significant excess was found beyond the Standard Model background prediction in a mass range between 200 GeV and 5 TeV. Upper limits at 95% CL are set on the resonance production cross section times branching fraction X→WW.