Reconstruction des électrons et recherche de couplages anormaux dans le canal pp->ZZ->4l avec le détecteur CMS auprès du LHC

Electron reconstruction and research of anomalous couplings in pp->ZZ->4l with the CMS detector at LHC

• Auteur / Autrice : David Sabes
• Direction : Claude Charlot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Leptons

Particules (physique)

Particules (physique)

Mots clés libres

Physique des particules

Couplages anormaux

Cc

Nouvelle physique

Efficacité de reconstruction des électrons

Radiations dans l'état final

Analyse 4 lepptons

Résumé

La thèse en physique des particules que j'ai effectuée au sein de l'équipe CMS (Compact Muon Solenoid) du Laboratoire Leprince-Ringuet de l'École Polytechnique porte sur l'analyse de la production de di-bosons pp→ZZ+X et la recherche de couplages anormaux et ce, dans le cadre de l'expérience CMS et des données accumulées à l'aide du grand collisionneur de hadrons du CERN, le LHC. Elle débute avec le démarrage du LHC en fin 2009 et l'étude et l'optimisation de la reconstruction des électrons via la combinaison de deux algorithmes afin d'améliorer les performances à bas moment transverse. Les critères de sélection des événements caractéristiques des désintégrations de bosons Z, assurant une sélection pure d'électrons, ont été étudiés. Les efficacités de reconstruction des électrons pour les données 2010 et 2011 ainsi que leurs erreurs statistiques et systématiques ont été mesurées et ces mesures ont ensuite été utilisées par la collaboration CMS pour les analyses 2010 et 2011. Une étude des caractéristiques des radiations dans l'état final (Final State Radiation) affectant les leptons issus de la désintégration du Z a été menée. Un algorithme en vue de récupérer les photons FSR et reconstruire pleinement la masse du Z a été développé et optimisé. Il corrige 4. 2% des cas ZZ→4μ tout en assurant une pureté de sélection des photons FSR de 95. 6%. L'analyse physique développée dans cette thèse porte sur la recherche et l'extraction de limites sur les couplages trilinéaires neutres. L'existence de ces couplages est interdite dans le formalisme du Modèle Standard mais peut cependant être introduite dans un Lagrangien effectif par l'ajout de deux termes de couplages f4Z et f5Z dans le cas du couplage ZZZ, en vue de la recherche d'une nouvelle physique. La présence de ces couplages anormaux se traduit généralement par une augmentation de la section efficace de production des di-bosons ZZ ainsi que par les déformations des distributions cinématiques des Z ou encore de la masse des 4 leptons par rapport à l'attendu Modèle Standard. Dans le cadre de l'analyse du canal pp→ZZ→4l, une sélection pure des événements a été établie et les distributions différentielles du moment transverse et de la rapidité des bosons Z sont également présentées. Une recherche des couplages anormaux est effectuée en utilisant une méthode de repondération des distributions simulées et des limites sont extraites par la technique CLs. Les limites obtenues avec un niveau de confiance de 95% sont: -0. 0116< f4Z <0. 0116 et -0. 0119< f5Z <0. 0119

I did my PhD in Particle Physics with the CMS (Compact Muon Solenoid) team from Laboratoire Leprince-Ringuet at Ecole Polytechnique. The subjects of my study are the pp→ZZ+X production and the search for anomalous triple gauge couplings (ATGCs) using the data collected by the CMS detector at LHC at sqrt{s}=7 TeV. This work began with the first collisions at the LHC in the end of 2009 with the study and optimisation of electron reconstruction algorithms. Selection criteria of pure electrons samples from Z decays have been studied. The electron reconstruction efficiency has been measured on 2010 and 2011 data and the results have been used by the CMS collaboration for the 2010 and 2011 analyses. Then I dealt with the analysis of ZZ→4l channel and the search for anomalous triple gauge couplings, as possible signature of new physics. A recovery algorithm to correct the 4-leptons mass from Final State Radiations loss has been developed: 4. 2% of ZZ→4μ events are corrected with an FSR selection purity of 95. 6%. Then search and limits extraction of ATGCs have been done. Neutral trilinear couplings are forbidden in Standard Model but can be introduced using an effective Lagrangian with new couplings terms f4Z and f5Z in the ZZZ case. ATGCs generally generate an increase of the ZZ cross section production and some distortions in the ZZ mass spectrum or Z kinematical distributions. Thus a pure selection of ZZ→4l events has been established and kinematical distributions have been studied. I have performed a search for ATGCs thanks to a reponderation method. Using the shape of the invariant mass of the 4-leptons system, limits on ZZZ ATGCs are set at 95% confidence level: -0. 0116< f4Z <0. 0116 et -0. 0119< f5Z <0. 0119