Etude de la diffraction avec le détecteur ATLAS au LHC

Study of Diffraction with the ATLAS detector at the LHC

• Auteur / Autrice : Rafal Staszewski
• Direction : Janusz Chwastowski, Christophe Royon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 24/09/2012
• Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec Institut de Physique Nucléaire de l’Académie Polonaise des Sciences (Pologne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Noyaux, Cosmos (Paris ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de physique des particules (Gif-sur-Yvette, Essonne) - Service de Physique des Particules
• Jury : Président / Présidente : Etienne Augé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Janusz Chwastowski, Christophe Royon, Etienne Augé, Marco Bruschi, Alan Douglas Martin, Antoni Szczurek, Robi Peschanski
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marco Bruschi, Alan Douglas Martin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diffraction

Grand collisionneur de hadrons

Particules (physique)

Physique des hautes énergies

Mots clés libres

Physique des hautes énergies

Physique des particules

LHC

ATLAS

Diffraction

Production exclusive

High energy physics

Particle physics

LHC

ATLAS

Diffraction

Exclusive production

Résumé

La thèse est consacrée à l’étude de la diffraction en utilisant le détecteur ATLAS auprès du LHC. Après Une courte introduction à la physique diffractive incluant la diffraction « dure » et « molle », nous présentons la production diffractive exclusive qui est particulièrement intéressante pour produire des jets et le boson de Higgs. Le mécanisme décrit par le formalisme de Khoze Martin et Ryskin et celui de CHIDe sont décrits en détail. Les sources d’incertitude dans la description théorique sont encore importantes et une nouvelle mesure de la section efficace de production exclusive de jets au LHC permettra de réduire l’incertitude de la production diffractive de boson de Higgs à un facteur 2 à trois. La mesure de la production exclusive de pions pp ! p_+_−p permet de contraindre les modèles de manière plus précise en utilisant les détecteurs ALFA, qui sont utilisés dans l’expérience ATLAS pour la détection de protons diffusés dans les interactions élastiques et diffractives. Les détecteurs AFP décrits dans la dernière partie de la thèse, mesurant les protons dispersés après interaction diffractive sont présentés. Ils permettent d’étendre le programme de physique d’ATLAS, avec en particulier, la production centrale diffractive de boson W, ce qui rend possible une meilleure compréhension de la nature des échanges diffractifs.

The thesis is devoted to the study of diffractive physics with the ATLAS detector at the LHC. After a short introduction to diffractive physics including soft and hard diffraction, we discuss diffractive exclusive production at the LHC whichis particularly interesting for Higgs and jet production. The QCD mechanism described by the Khoze Martin Ryskin and the CHIDe models are elucidated in detail. The uncertainties on these models are still large and a new possible exclusive jetmeasurement at the LHC will allow to reduce the uncertainty on diffarctive Higgs boson production to a factor 2 to 3. An additional measurement of exclusive pion production pp ! p_+_−p allows to constrain further exclusive model relying on theuse of the ALFA stations, which are used in the ATLAS Experiment for detection of protons scattered in elastic and diffractive interactions. In the last part of the thesis, the AFP detectors, aiming at measuring the protons scattered in diffractive interactions, are presented. They allow to extend substantially the ATLAS physics programme. In particular, the study of the central diffractive W boson production process makes possible a better determination of the nature of diffractive exchanges.