Etude d'un algorithme de reconstruction des électrons dans l'expérience ATLAS auprès du LHC

Study of an algorithm for electron reconstruction in the ATLAS experiment at LHC

• Auteur / Autrice : Nicolas Kerschen
• Direction : Jean-Pierre Meyer, Maarten Boonekamp
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Calorimètre

Boson de Higgs

Test en faisceau

Résumé

L'expérience ATLAS est une expérience généraliste de physique des particules dont le but principal est la découverte de l’origine de la masse à travers la recherche du boson de Higgs. A cet effet, le grand collisionneur de hadrons au CERN accélèrera deux faisceaux de protons interagissant au centre de l'expérience. ATLAS mesure les particules lourdes connues (comme le W, le Z) ou a découvrir (boson de Higgs) au travers de leurs produits de désintégration. Les électrons sont de tels produits, déposant toute leur énergie dans le calorimètre d’ATLAS sous forme de gerbe électromagnétique. L'énergie déposée est reconstruite en utilisant des algorithmes identifiant des amas de cellules dans le calorimètre. Le but de cette thèse est d'étudier un nouveau type d'algorithmes adaptant l’amas reconstruit à la topologie de la gerbe. Pour reconstruire l’énergie initiale de l’électron, cet amas doit être calibré en prenant en compte la perte d’énergie dans la matière morte devant le calorimètre. Une simulation Monte-Carlo du détecteur d'ATLAS a été utilisée pour corriger des effets de modulation de la réponse du calorimètre en position et en énergie et pour optimiser la résolution en énergie aussi bien que la linéarité. Une analyse de données de faisceau de test a permis d’étudier le comportement de l'algorithme dans un environnement plus réaliste. On montre ainsi qu’on peut répondre aux exigences de l’expérience. Les améliorations de ce nouvel algorithme se situent dans la meilleure prise en compte du rayonnement de l’électron dans la matière passive en amont du calorimètre. Une analyse Monte Carlo du canal de désintégration du boson de Higgs en quatre électrons confirme ce résultat.

The ATLAS experiment is a general purpose particle physics experiment mainly aimed at the discovery of the origin of mass through the research of the Higgs boson. In order to achieve this, the Large Hadron Collider at CERN will accelerate two proton beams and make them collide at the centre of the experiment. ATLAS will discover new particles through the measurement of their decay products. Electrons are such decay products; they produce an electromagnetic shower in the calorimeter by which they lose all their energy. The calorimeter is divided into cells and the deposited energy is reconstructed using an algorithm to assemble the cells into clusters. The purpose of this thesis is to study a new kind of algorithm adapting the cluster to the shower topology. In order to reconstruct the energy of the initially created electron, the cluster has to be calibrated by taking into account the energy lost in the dead material in front of the calorimeter. Therefore, a Monte-Carlo simulation of the ATLAS detector has been used to correct for effects of response modulation in position and in energy and to optimise the energy resolution as well as the linearity. An analysis of test beam data has been performed to study the behaviour of the algorithm in a more realistic environment. We show that the requirements of the experiment can be met for the linearity and resolution. The improvement of this new algorithm, compared to a fixed sized cluster, is the better recovery of Bremsstrahlung photons emitted by the electron in the material in front of the calorimeter. A Monte-Carlo analysis of the Higgs boson decay in four electrons confirms this result.