Mesures des propriétés du boson W à partir de données à bas taux d'empilement enregistrées par le détecteur ATLAS, auprès du LHC, à des énergies de √s=5 et 13 TeV

Measurements of W boson properties at √s=5 and 13 TeV with the ATLAS detector at the LHC

• Auteur / Autrice : Tairan Xu
• Direction : Maarten Boonekamp, Zhao Zhengguo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 25/09/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec University of science and technology of China
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1991-....) - Centre européen pour la recherche nucléaire
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Reza Ansari Foumani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maarten Boonekamp, Zhao Zhengguo, Mohammed Reza Ansari Foumani, Matthias Schott, Yanwen Liu, Aram Apyan, Yusheng Wu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthias Schott, Yanwen Liu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calorimètres électromagnétiques

Expérience ATLAS

Bosons W

Mots clés libres

Boson W

Atlas

Physique des particules

Electron

W boson

Atlas

Particle physics

Electron

Résumé

Cette thèse présente des mesures des propriétés du boson W à partir de données à bas taux d'empilement enregistrées par le détecteur ATLAS, auprès du LHC, à des énergies de √s=5 et 13 TeV. Ces données permettent une reconstruction optimale de l’énergie transverse manquante et ont un intérêt particulier pour la mesure précise de la production du W. Des calibrations dédiées ont été développées spécifiquement pour ces échantillons, comme la reconstruction et la calibration du recul hadronique, la calibration de la mesure de l'impulsion des leptons, et la modélisation de leur efficacité de sélection. De plus, un nouvel algorithme est présenté qui permet de corriger la modélisation du développement des gerbes électromagnétiques dans le calorimètre d'ATLAS, résultant en un meilleur accord entre données et simulation pour les variables d'identification associées. La sélection d'évènements W et l'estimation des bruits de fond sont ensuite discutées en détail, avec une attention particulière portée sur le bruit de fond venant de la production de jets, dont une nouvelle méthode permet une évaluation améliorée. Ces résultats sont utilisés pour les mesures des spectres en impulsion transverse des W, et de leur section efficace de production. Des études préliminaires concernant l'application de ces données pour la mesure de la masse du W sont enfin présentées.

This thesis presents measurements of W boson properties at center-of-mass energies of √s=5 and 13 TeV with special low-pile-up data-set recorded by the ATLAS detector at the LHC. Thanks to an optimal reconstruction of missing transverse momentum, such data have particular importance for precision measurements of W-boson production. Dedicated detector calibration corrections are introduced first in this document, including the reconstruction and energy calibration of the hadronic recoil, the momentum calibration and selection efficiency of leptons. Besides, a new shower-shape reweighting algorithm optimizes the identification electrons with the electromagnetic calorimeter. The thesis describes the selection the W boson signal and devotes specific attention to the evaluation of backgrounds, presenting in particular a new method for the data-driven estimation of backgrounds from multi-jet production. Based on these studies and theoretical predictions, the W-boson transverse momentum distribution and production cross-sections are measured with high precision at two center-of-mass energies. Preliminary studies of the application of these data to the measurement of the W-boson mass are also presented.