Ecole Doctorale

Physique et Sciences de la Matière

Spécialité

PHYSIQUE DES PARTICULES ET ASTROPARTICULES

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

ATLAS,boson de Higgs,quark top,ttH,FCNC,mise à jour des Calorimètres à Argon Liquide

Keywords

ATLAS,Higgs boson,top quark,ttH,FCNC,Liquid Argon Calorimeters upgrade

Titre de thèse

Recherche de productions ttH et t –> Hq avec changement de saveur dans des états finaux multileptoniques avec le détecteur ATLAS
Searches for ttH and flavour-changing t –> Hq productions in multileptonic final states with the ATLAS detector

Date

Jeudi 20 Septembre 2018

Adresse

Centre de Physique des Particules de Marseille 163, avenue de Luminy Case 902 13288 Marseille cedex 09 Amphithéâtre

Jury

Directeur de these M. Cristinel DIACONU Centre de Physique des Particules de Marseille
Rapporteur M. Yves SIROIS Laboratoire Leprince-Ringuet
Examinateur M. Andreas HOECKER CERN
Examinateur M. Martin ALEKSA CERN
CoDirecteur de these M. Emmanuel MONNIER Centre de Physique des Particules de Marseille
Rapporteur Mme Sandra KORTNER Max Planck Institute for Physics (MPP)

Résumé de la thèse

Après la découverte du boson de Higgs au Grand collisionneur de hadrons (LHC), la physique expérimentale des particules se concentre sur la mesure de son interaction avec d’autres particules du modèle standard (MS). La force de l’interaction avec les fermions du MS est déterminée par le couplage Yukawa, qui est proportionnel à la masse des particules et donc le plus élevé pour le quark top. Cette thèse de doctorat décrit la recherche de la production du boson de Higgs associée à une paire de quarks tops (ttH) dans un ensemble de données de collisions proton-proton à une énergie de centre de masse de sqrt(s) = 13 TeV et avec une luminosité intégrée de 36,1 fb^–1, enregistrée par le détecteur ATLAS en 2015 et 2016. Sept états finaux, correspondants à différentes désintégrations du boson de Higgs en bosons vecteurs ou en leptons taus et contenant au moins deux leptons, sont optimisés pour une meilleure séparation du signal par rapport au bruit de fond. Un excès d’événements par rapport au bruit de fond MS est observé avec une signification de 4,1 écarts types, tandis que 2,8 sont attendus. En combinaison avec des résultats de recherches avec d’autres canaux de désintégration du boson de Higgs, la production de ttH a été découverte par le détecteur ATLAS en utilisant jusqu’à 79,8 fb^–1 de données de collisions à sqrt(s) = 7, 8 et 13 TeV. Les courants neutres, qui changent de saveur dans la désintégration du quark top en un boson de Higgs et un quark léger (t –> Hq), sont fortement supprimés dans le MS. Des nouveaux modèles physiques peuvent prédire un rapport d’embranchement de t –> Hc de 0,15%. La recherche de ces désintégrations, avec un état final à deux ou trois leptons, n’observe aucun signal. Une limite supérieure sur le ratio d’embranchement de t –> Hc (t –> Hu) avec un niveau de confiance de 95% est observé à 0,16% (0,19%) avec une limite attendue de 0,15% (0,15%). Pour contourner la limitation du nombre insuffisant des collisions, le LHC et ses expériences prévoient un plan de mise à niveau ambitieux. Le système de lecture actuel du Calorimètre à Argon Liquide ATLAS sera remplacé avec une granularité accrue pour améliorer la sélectivité du système de déclenchement et éviter la saturation de la bande passante à haute luminosité. Un système de démonstration est en service depuis 2015 et ses performances étudiées avec des données de calibrations et de collisions.

Thesis resume

After the Higgs boson discovery at the Large Hadron Collider (LHC), the focus of experimental particle physics is on the measurement of its interaction with other particles of the Standard Model (SM). The interaction strength with SM fermions is determined by the Yukawa coupling, which is proportional to the particle mass and therefore the largest for the top quark. This doctoral thesis describes the search for the associated Higgs boson production with a pair of top quarks (ttH) in a dataset of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of sqrt(s) = 13 TeV and with an integrated luminosity of 36.1 fb^–1, recorded by the ATLAS detector in 2015 and 2016. Seven final states, associated to different Higgs boson decays into vector bosons or tau leptons and containing at least two leptons, are optimised to get the best signal to background separation. An excess of events over the SM background is observed with a significance of 4.1 standard deviations, while 2.8 are expected. In combination with search results obtained for other Higgs boson decay channels, the ttH production has been discovered with the ATLAS detector using up to 79.8 fb^–1 of collision data at sqrt(s) = 7, 8 and 13 TeV. Flavour-changing neutral currents in top quark decays into a Higgs boson and a light up-type quark (t –> Hq) are strongly suppressed in the SM. New physics models can predict a t –> Hc decay branching ratio of 0.15%. The search for these decays in final states with two or three leptons observes no signal. An upper limit on the t –> Hc (t –> Hu) decay branching ratio at a 95% confidence level is set at 0.16% (0.19%) with an expected limit of 0.15% (0.15%). To bypass the limitation of an insufficient amount of collision data, the LHC and its experiments foresee an ambitious upgrade plan. The current ATLAS Liquid Argon Calorimeter readout will be replaced to get an increased granularity to improve the trigger selectivity and avoid bandwidth saturation at high luminosity. A demonstrator system has been operated since 2015 and its performance studied with calibration and collision data.