Etude des propriétés du boson de higgs et recherche de nouvelle physique au-delà de modèle standard dans le secteur du top avec le détecteur ATLAS

Studies of the Higgs boson properties and search for new physics beyond the standard model in the top sector with the ATLAS detector

• Auteur / Autrice : Grigore Tarna
• Direction : Pascal Pralavorio, Calin Alexa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des Particules et Astroparticules
• Date : Soutenance le 18/10/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille en cotutelle avec Université de Bucarest. Département de Chimie-physique (Roumanie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de physique des particules de Marseille (CPPM)
• Jury : Président / Présidente : Cristinel Diaconu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Calin Alexa, Jean-Baptiste de Vivie de Régie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Virgil Baran, Anne-Catherine Le Bihan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Quark top

Expérience ATLAS

Grand collisionneur de hadrons

Bosons de Higgs

Mots clés libres

Higgs

Lhc

Atlas

Top

Électron

Cern

Fcnc

Higgs

Lhc

Atlas

Top

Electron

Cern

Fcnc

Résumé

Cette thèse présente l’analyse des données enregistrées avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV, en 2015-2017, par le détecteur ATLAS au LHC. La première partie de la thèse concerne la mesure de l’efficacité des électrons avec une méthode Tag-and-Probe en utilisant des évènements Z->ee. L’efficacité de reconstruction des électrons est mesurée entre 97\% (15<E_T<25 GeV) et 99\% pour les E_T plus grandes, avec une précision autour de 1\% et de l’ordre du pour mille, respectivement. La mesure de l’efficacité des électrons après l’application d’un nouvel algorithme utilisé pour réduire la contribution des électrons venant des décroissances de quark de saveur lourdes (PLI et PLV) donne 60-70\% à bas E_T (E_T<20 GeV) s’accroissant jusqu’à 95\% à haut E_T. La seconde partie de la thèse couvre une recherche de courants neutres changeant la saveur (FCNC) dans la décroissance du quark top en quark u ou c et un boson de Higgs. Des analyses multivariées (MVA) sont utilisées pour améliorer la séparation entre le signal et le bruit de fond. Les rapports d’embranchements mesurés dans les données pour les processus t->Hu (t->Hc) sont compatibles avec zéro et des limites supérieures valant 0.19\% (0.16\%) sont obtenues à 95\% de niveau de confiance. Ces résultats sont les meilleurs pour un canal donné aujourd’hui. La production du boson de Higgs avec une paire de quark top (ttH) permet un accès direct au couplage de Yukawa du top. Ce mode de production a été observé pour la première fois par les expériences ATLAS et CMS. Les défis et les efforts nécessaires pour mesurer la section efficace dans le canal multilepton sont discutés dans la dernière partie de la thèse.

Proton-proton collisions at a center of mass energy of 13 TeV recorded during 2015-2017 with the ATLAS detector at LHC are analyzed in this thesis. The first part of the thesis details electron efficiency measurements with a Tag-and-Probe method in Z->ee events. The measured electron reconstruction efficiency varies between 97\% (15<E_T<25 GeV) up to 99\% at higher E_T with an uncertainty of around 1\% and per-mile level, respectively. The electron efficiency of a new algorithm (PLI and PLV) designed to reduce the electrons originating from heavy flavor decays is found to be 60-70\% at low E_T (E_T<20 GeV) increasing up to 95\% at higher E_T. The second part of the thesis covers a search for flavor-changing neutral currents (FCNC) in top decays to an up-type quark (u or c) and a Higgs boson (t->Hu or t->Hc) using the 2015-2016 data. These processes are strongly suppressed in the Standard Model (SM), however larger enhancements are predicted in new physics models. Multivariate analyses (MVA) are used to improve signal-background separation in multilepton final states. The measured branching ratio for the t->Hu (t->Hc) process is found to be compatible with zero and a 95\% confidence level upper limit is set at 0.19\% (0.16\%) with an expected limit of 0.15\% (0.15\%), the best limit in a single channel to date.The Higgs boson production in association with a top quark pair (ttH) allows direct access to the top Yukawa coupling. The ttH production mode was observed by the ATLAS and CMS experiments, independently, by combining several decay channels. Further efforts to measure ttH in the two leptons same-sign channel are discussed in the last part of the thesis.