Recherche de sgluons dans des états finals multitops avec le détecteur ATLAS auprès du LHC à √s = 8 TeV

Search for sgluons in multitop final states with the Atlas detector at the LHC at √s = 8 TeV

• Auteur / Autrice : Loïc Valéry
• Direction : Philippe Gris, Samuel Calvet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des Particules
• Date : Soutenance le 30/06/2014
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de Physique Corpusculaire (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Alain Falvard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Gris, Samuel Calvet, Ana Henriques, Tobias Golling, Patrice Verdier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Dirk Zerwas, Arnaud Duperrin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gluons

Grand collisionneur de hadrons

Mots clés libres

Modèle Standard

Nouvelle Physique

Sgluons

ATLAS

LHC

Calorimètre hadronique à tuiles

TileCal

Hautes tensions

Effet d’empilement

Jet Vertex Fraction

JVF

Leptons de même signe

Événements à 4 quarks top

Standard Model

New Physics

Sgluons

ATLAS

LHC

Hadronic tile calorimeter

TileCal

High voltage

Pile-up

Jet Vertex Fraction

JVF

Same-sign leptons

4-top events

Résumé

En dépit de nombreuses confirmations expérimentales, le Modèle Standard, théorie décrivant les particules élémentaires et trois des interactions fondamentales souffre de difficultés théoriques et expérimentales. Ces dernières motivent l’existence d’une physique non décrite jusqu’alors : la Nouvelle Physique. Ce travail se focalise sur la recherche de gluons scalaires, appelés communément sgluons, nouvelles particules prédites dans plusieurs théories de Nouvelle Physique. Une étude phénoménologique considère les différents états finals (de un à quatre quarks top) et signatures (un ou deux leptons chargés) qui peuvent être engendrés par l’existence de sgluons. La sensibilité d’une expérience comme Atlas à ce signal est estimée et montre que l’un des états finals les plus prometteurs est celui contenant quatre quarks top, dans la signature à deux leptons porteurs de la même charge électrique (électron ou muon). La recherche de sgluons dans l’expérience Atlas s’appuie sur les états finals à quatre quarks top dans une signature à deux leptons porteurs de la même charge électrique, des jets étiquetés b et de l’énergie transverse manquante. Elle représente la première recherche mondiale de sgluons dans cet état final. Les principaux enjeux de l’analyse (estimation des bruits de fond, optimisation de la sélection, interprétation statistique) sont détaillés. La comparaison avec les données enregistrées pendant la première partie de l’année 2012 (L = 14:3 fb..1) ne montre pas d’excès significatif. La limite inférieure sur la masse du sgluon est alors de 0.80+0:02..0:03 TeV. L’extension de cette analyse avec le lot complet de données enregistrées en 2012 par Atlas est également présentée dans ce document et permet une sensibilité accrue jusqu’à des masses de sgluons de 0:94 0:03 TeV. Ce document présente également les analyses et résultats relatifs à des études de performances. La première s’attache au système de hautes tensions du calorimètre hadronique à tuiles du détecteur Atlas (TileCal). Elle conclut notamment, au regard des critères établis, que seuls 7 canaux de hautes tensions du TileCal (sur un total de 9852) ont un comportement problématique. La deuxième étude est liée à la réjection de l’effet d’empilement au moyen d’une sélection sur la variable JVF (Jet Vertex Fraction). L’efficacité de cette sélection, calculée dans les données et dans la simulation montre des différences, nécessitant l’apport d’une correction à la simulation. La détermination de facteurs correctifs et de leurs incertitudes systématiques associées est présentée dans ce document.

Despite its experimental confirmations, the Standard Model, which describes both the elementary particles and three of the fundamental interactions, has some theoretical and experimental limitations. As a consequence of these limitations, a Physics not described in the context of the Standard Model could exist : the New Physics. This work focuses on the search for scalar gluons, commonly dubbed sgluons, predicted in various New Physics theories. A phenomenological study considers various final states (containing between two and four top quarks) and signatures (with one or two charged leptons) that could arise from sgluon production. The sensitivity of an Atlas-like experiment to this signal is estimated and the results indicate that one of the most promising final states contains four top quarks in a signature with two charged leptons (electron or muon) of the same electric charge. The search for sgluons within the Atlas experiment uses the previous results. Thus, it only investigates the 4-top topology in a signature containing two same-sign charged leptons, b-jets and missing transverse energy. It represents the first search ever for sgluons in this final state. The main steps of the analysis (background estimation, selection optimisation and statistical interpretation) are detailed. The comparison with the data recorded in the first months of 2012 (L = 14:3 fb..1) shows no significant excess and is interpreted in terms of a limit on the sgluon mass. The latter is found to be 0.80+0:02..0:03 TeV. The extension of this analysis to the full 2012 Atlas dataset is also presented in this document and shows an increased expected sensitivity to sgluon masses up to 0:94 0:03 TeV. Finally, this document also presents the analyses and results of performance studies. The first one is related to the high voltage system of the Atlas Tile Calorimeter (TileCal). The main conclusion is that only 7 channels out of the 9852 TileCal ones are fond to be problematic. The second study focuses on the rejection of the pile-up effect by the means of a selection applied on the so-called JVF (Jet Vertex Fraction) variable. The efficiency of this selection is computed both in data and simulation and shows some differences that have to be corrected in the simulation. The derivation of the correction factors and their associated systematic uncertainties is detailed in this document.