Recherche d'un boson de Higgs supplémentaire du MSSM se désintégrant en deux leptons tau avec l'expérience CMS

Search for an additional neutral MSSM Higgs boson decaying to tau leptons with the CMS experiment

• Auteur / Autrice : Gaël Touquet
• Direction : Colin Bernet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Dimitrios Tsimpis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Colin Bernet, Elisabeth Petit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rémi Lafaye, Caroline Collard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Particules (physique)

Grand collisionneur de hadrons

Bosons de Higgs

Mots clés libres

Higgs

Particule

Physique

CMS

LHC

Higgs

Particle

Physics

CMS

LHC

Résumé

Malgrès le fait que toutes les observations expérimentales faites dans des collisionneurs de particules sont théoriquement expliquées par le modèle standard, celui-ci n'explique pas des phénomènes naturels tels que la gravité, la matière noire, l’énergie noire, l’asymétrie matière-antimatière, etc. La super-symmetrie est une extension du modèle standard qui peut proposer des solutions à certaines de ces lacunes. La version minimale de cette extension, appelée MSSM, est un modèle a deux doublets de Higgs, ce qui propose l'existence de cinq bosons de Higgs observables. Trois de ces bosons de Higgs sont neutre, et le boson de Higgs découvert en 2012 pourrait être un d'entre eux. Cette thèse présente l'analyse des données de collision proton-proton enregistrées par le détecteur CMS en 2017 pendant la deuxième période de prise de données du LHC au CERN, ce qui correspond a une luminosité intégrée de 41.5fb⁻¹. Cette analyse a pour but la recherche d'un boson de Higgs lourd et neutre du MSSM, qui se désintégrerai en une pair de leptons tau qui par la suite se désintégrerai eux-mêmes hadroniquement (τh). Une des difficultés de l’étude de cet état final est liée au grand nombre de jets produit par QCD dans les collisions pp, car les jets peuvent facilement être mal identifies comme des τh. Pour mitiger cet effet, une nouvelle technique d'identification de τh basée sur un réseau de neurone profond récursif est présentée. Cette technique est ensuite comparée à la méthode d'identification standard utilisée à CMS. Un boson de Higgs supplémentaire se manifesterai en tant qu’excès d'événements dans les distribution de la variable m_{T}^{tot} dans le canal τhτh. Des limites supérieurs dans l'intervalle de confiance a 95% pour le scenario m_h^{max} sont déterminées dans l'espace des paramètres m_{a}-{tan}β. De plus, des limites sur le produit du rapport d'embranchement et de la section efficace de production sont déterminés pour la production par fusion de gluons et pour la production en association avec un quark b, pour des hypothèses de masses dans l'intervalle de 110 a 2900GeV

Although all collider experimental observations are theoretically explained by the standard model (SM) of particle physics, the SM does not explain many natural phenomenon, such as gravity, dark matter, dark energy, matter-antimatter asymmetry, etc. SuperSymmetry (SUSY) is an extension of the SM that can address some of the issues in SM. The minimal version of this extension, the MSSM, is a two Higgs doublet model, which leads to the existence of five observable Higgs bosons. Three of those Higgs boson are neutral, and the Higgs boson found in 2012 could be one of them. This thesis presents an analysis of proton-proton collision data recorded by the CMS detector in 2017 during the second run of the LHC at CERN, corresponding to an integrated luminosity of 41.5fb⁻¹. The analysis is aimed at the search for a MSSM heavy neutral Higgs boson decaying to a pair of taus that subsequently decay hadronically (τh). One of the challenges of the studied final state is the copious amount of jets produced in pp collisions via QCD, since a jet can easily be misidentified as a τh. In order to mitigate this misidentification, a new τh identification technique based on a recursive deep neural network is presented. It is compared with the standard identification technique used in CMS. The extra Higgs boson would manifest itself as an excess of events in the distribution of the m_{T}^{tot} variable for the selected τhτh events. Upper limits at the 95% CL are determined in the m_{a}-{tan}β parameter space for the m_h^{max} scenario. Additionally, model-independent limits on the cross section times branching fractions for a single Higgs boson produced via either gluon-gluon fusion or in association with b-quarks are determined for mass hypotheses in the range 90 to 3200GeV