Thèse soutenue

Recherche de photons sombres avec l'experience HPS au JLab

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Auteur / Autrice : Ani Simonyan
Direction : Michel Guidal
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des particules
Date : Soutenance le 18/12/2017
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
Laboratoire : Institut de physique nucléaire (Orsay, Essonne ; 1956-2019)
Jury : Président / Présidente : Elias Khan
Examinateurs / Examinatrices : Michel Guidal, Elias Khan, Stepan Stepanyan, Achim Denig, Eric Armengaud, Marco Battaglieri
Rapporteurs / Rapporteuses : Stepan Stepanyan, Achim Denig

Résumé

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L'expérience HPS (Heavy Photon Search) au Jefferson Lab (USA)recherche un nouveau boson de jauge vecteur, nommé ''photon lourd'' ou ''photon sombre'', dans une fourchette de masse allant de 20 à 1000 MeV. Une telle particule couplerait avec le photon du modèle standard par effet de ''kinetic mixing'' et pourrait ainsi être émis par l'intermédiaire d'électrons. En utilisant un faisceau d'électron de haute intensité d’un à six GeV envoyé sur une cible de tungstène, HPS cherche à détecter une fine résonance dans le bruit de fond produit par les processus QED qui serait la signature d'un photon lourd. HPS exploitera aussi le fait qu'à très petit couplages, le photon lourd se désintègrera après une distance détectable, fournissant ainsi une seconde signature sous la forme d'un vertex éloigné de la cible. Dans cette thèse, je présente les motivations pour une telle recherche de photon lourd dans ce domaine spécifique de l'espace de phase, puis je présente le spectromètre HPS, en détaillant en particulier le calorimètre électromagnétique qui a été l'un de mes sujets d'étude. Ensuite, je présente mon travail utilisant une intégration Monte-Carlo pour calculer la section efficace des processus QED attendus dans l'expérience HPS. Finalement, je présente dans cette thèse mon analyse de donnée pour la recherche d'un pic sur le bruit de fond QED dans les données acquises au printemps 2015.