Measurement of the inclusive production cross section of prompt photon pairs with the CMS detector at the LHC

• Auteur / Autrice : Laurent Millischer
• Direction : Marc Besancon, Federico Ferri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Champs, particules, matière
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chromodynamique quantique

Grand collisionneur de hadrons

Bosons de Higgs

Collisions (physique nucléaire)

Résumé

Les prédictions du Modèle Standard de la physique des particules ont été testées dans des expériences à un degré de précision considérable. Aujourd'hui, les collisionneurs de particules recherchent l'unique élément au sein du Modèle Standard inobservé à ce jour : le boson de Higgs, responsable de la brisure de la symétrie électrofaible. La liberté asymptotique de la chromodynamique quantique (QCD), la théorie des interactions fortes du Modèle Standard, rend possible les calculs perturbatifs en QCD. En revanche, à cause de la valeur de la constante de couplage forte, plusieurs ordres de la série perturbative sont nécessaires pour que les prédictions QCD soient précises et comparables aux mesures des collisionneurs. Le spectre de masse du boson de Higgs a été contraint par des recherches directes et des ajustements de précision. Dans la partie basse de la fenêtre de masse autorisée, les recherches du boson de Higgs se désintégrant en deux photons sont parmi les plus efficaces. L'étude au LHC de paires de photons isolés, appelées diphotons, permet de tester la QCD perturbative à des échelles d'énergie jusqu'alors inexplorées. De plus, la mesure de la section efficace de production de diphotons est capitale car les paires de photons produites dans les interactions dures de QCD représentent le plus important bruit de fond dans les recherches du boson de Higgs se désintégrant en deux photons. Cette thèse présente une étude détaillée de la production de paires de photons isolées, son dernier chapitre détaille la première mesure de la section efficace différentielle de production de paires de photons avec le détecteur CMS à une énergie de centre de masse de 7 TeV.

The predictions made by the Standard Model of particle physics have been tested experimentally to a considerable degree of precision. The quest is now on, at high energy particle colliders, for the only remaining pièce within the framework of the Standard Model to be discovered, namely the Higgs boson, which is responsible for the electroweak symmetry breaking. The asymptotic freedom of Quantum Chromodynamics (QCD), the theory of strong interactions in the Standard Model, makes QCD predictions possible in perturbation theory. The comparatively high value of the strong coupling constant however makes several orders of the series necessary for predictions to be accurate and comparable to measurements. The mass of the Higgs boson is known from direct searches and by precision fits of electroweak data. In the lower part of this mass window, searches of the Higgs boson decaying to two photons are among the most sensitive. Studies of isolated photon pairs at the LHC allow the testing QCD in its perturbative regime at energy scales never probed before. Moreover, the measurement of the cross section of diphotons is crucial, as photon pairs produced in hard QCD interactions form the largest irreducible background to the search for a low mass Higgs boson that decays to diphotons. This thesis presents a comprehensive study of the production cross section of pairs of prompt isolated photons. Its last chapter gives the details of the first measurement of the production cross section of pairs of isolated photons with the CMS detector at a centre-of-mass energy of 7 TeV.