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,

Keywords

LHC,ATLAS,HIGGS,

Titre de thèse

Recherche de la production de Higgs doublement chargés avec le détecteur ATLAS auprès du LHC
Search for doubly charged Higgs production with the ATLAS detector at LHC

Date

Mercredi 15 Septembre 2021 à 10:00

Adresse

University of Science and Technology of China, 230026, Hefei MPHYS 409

Jury

Directeur de these M. Emmanuel MONNIER Centre de Physique des Particules de Marseille
CoDirecteur de these M. Yanwen LIU University of Science And Technology of China
Rapporteur M. Lei ZHANG Nanjing University
Rapporteur M. Bill MURRAY Univ. of Warwick and RAL
Examinateur M. Cristinel DIACONU Centre de Physique des Particules de Marseille
Examinateur M. Lailin XU University of Science And Technology of China
Examinateur Mme Meng XIAO Zhejiang University

Résumé de la thèse

L'existence de neutrinos massifs est une preuve solide pour la physique au-delà du modèle standard. Le Modèle Standard du secteur de Higgs (SM), étendu par un triplet de jauge faible d'anciens scalaires avec une très petite valeur attendue dans le vide, est un cadre très prometteur pour expliquer les masses des neutrinos par le mécanisme dit de bascule de type II. Un tel modèle est appelé Double Triplet du Modèle de Higgs, incluant des bosons à charge simple et double qui peuvent être directement accessibles dans les expériences à l'échelle du TeV, ce qui donne lieu à une phénoménologie particulière au Grand collisionneur de hadrons. Cette thèse présente une recherche de bosons de Higgs chargés se désintégrant en bosons WW ou WZ, impliquant des signatures expérimentales avec deux leptons de même charge, ou trois ou quatre leptons avec diverses combinaisons de charges électriques, de moments transversaux manquants et de jets de moment transversal erroné. Un échantillon de données correspondant à $139$~fb$^mathrm{-1}$ de luminosité intégrée, collectée par le détecteur ATLAS au LHC à une énergie centrale de masse de 13 TeV de 2015 à 2018 est utilisé. Deux scénarios sont explorés, correspondant à la production de paires de bosons $H^{pmpm} $ doublement chargés ou à la production associée d'un boson $H^{pmpm} $ doublement chargé et d'un boson $ H^{pm} $ simplement chargé. Trois canaux sont désignés comme suit canal avec 2 leptons de même charge ($2ell^{sc}$), canal avec trois leptons ($3ell$) et canal avec quatre-leptons ($4ell$) dépendant de la multiplicité de l’état final des leptons. Dans les canaux $2ell^{sc}$ et $4ell$ les fonds irréductibles les plus dominants, WZ, est contraint par des données dans une région de contrôle dédiée afin d'éviter les erreurs dans une région de contrôle dédiée afin de supprimer l'incertitude de la normalisation. Les fonds réductibles importants tels que les leptons non rapides et les flips d’électrons chargés sont estimés par des méthodes basées sur les données. Seuls quelques processus SM peuvent produire des états $4ell$ finaux ; par conséquent, les leptons non rapides dans le canal $4ell$ sont estimés par une méthode basée sur les données en raison de la limite statistique. D'autres fonds provenant du SM sont estimés par la simulation de Monte-Carlo. Les régions de signal des trois canaux sont conçues séparément avec des coupes rectangulaires générées par l’algorithme recuit simulé (Simulated Annealing) avec plusieurs variables discriminantes. On n'observe pas de déviations significatives par rapport aux prédictions du modèle standard. La méthode CLs est utilisée pour dériver les limites supérieures de la section transversale de production du signal. Les bosons H sont exclus à 95% CL jusqu'à SI{350}{GeV} et SI{230}{GeV} GeV pour la paire et les modes de production associés.

Thesis resume

The existence of massive neutrinos is strong evidence for physics beyond the Standard Model. The Standard Model (SM) Higgs sector, extended by one weak gauge triplet of scalar fields with a very small vacuum expectation value, is a quite promising setting to account for neutrino masses through the so-called type-II seesaw mechanism. Such a model is called Doublet-Triplet-Higgs-Model including singly-charged and doubly-charged bosons, which can be directly accessible in TeV-scale experiments, leading to a distinctive phenomenology at the Large Hadron Collider. This thesis presents a search for charged Higgs bosons decaying into $W^pm W^pm$ or $W^pm Z$ bosons, involving experimental signatures with two leptons of the same charge, or three or four leptons with various electric charge combinations, missing transverse momentum, and jets. A data sample corresponding to $139$~fb$^mathrm{-1}$ integrated luminosity collected by the ATLAS detector at the LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV from 2015 to 2018 is used. Two scenarios are explored, corresponding to the pair production of doubly charged $H^{pmpm}$ bosons or the associated production of a doubly charged $H^{pmpm}$ boson and a singly charged $H^pm$ boson. Three channels are defined as same-charge-two-lepton ($2ell^{sc}$) channel, three-lepton ($3ell$) channel, and four-lepton ($4ell$) channel depending on the lepton multiplicity of final states. In $2ell^{sc}$ and $3ell$ channels, the most dominant irreducible background, $WZ$, is constrained by data in a dedicated control region in order to suppress the uncertainty of the normalization. Important reducible backgrounds such as non-prompt leptons and charged flip electrons are estimated by data-driven methods. Only a few SM processes can produce $4ell$ final states; hence the non-prompt leptons in the $4ell$ channel are estimated by a semi-data-driven method due to the statistics limit. Other backgrounds from the SM are estimated by the Monte-Carlo simulation. The signal regions of three channels are separately designed with rectangular cuts generated by Simulated Annealing (SA) algorithm with several discriminating variables. No significant deviations from the Standard Model predictions are observed. The $mathrm{CL}_mathrm{s}$ method is used to derive the upper limits on the signal production cross-section.