Mesure de la masse du quark top dans le canal dileptonique électron-muon avec la méthode des éléments de matrice dans l'expérience ATLAS auprès du LHC

Top quark mass measurement in the dilepton electron-muon channel with the matrix element method with ATLAS at the LHC

• Auteur / Autrice : Aurélien Demilly
• Direction : Didier Lacour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Particules, noyaux, cosmologie
• Date : Soutenance le 19/09/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Noyaux, Cosmos (Paris ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roberto Chierici, Fabrice Hubaut, Frédéric Deliot, Jean-Paul Tavernet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grand collisionneur de hadrons

Particules (physique)

Quarks

Mots clés libres

Physique

Particules

Masse

Quark

Top

Mesure

Particle physics

Calorimeter

Résumé

Le LHC a fourni des collisions proton-proton avec une énergie dans le référentiel de centre de masse égale à 7 TeV en 2011, 8 TeV en 2012, correspondant respectivement à une luminosité intégrée de 5 fb^{-1} et 23 fb^{-1}. Les données collectées par le détecteur ATLAS ont permis de valider la compréhension du détecteur, d'évaluer ses performances dans des conditions expérimentales de plus en plus complexes, de réaliser de nombreuses mesures de paramètres de physiques ainsi que la découverte du boson de \bsc{Higgs}. Dans un contexte de recherche de nouvelle physique, l'étude du quark top est primordiale, ce dernier étant impliqué dans de nombreux processus au delà du modèle standard. Sa masse se doit alors d'être connue avec précision, étant un paramètre important du modèle standard et des théories de nouvelle physique. Après une description du modèle standard et de la place du quark top en son sein, la première partie de cette thèse s'attache à présenter le détecteur ATLAS et plus précisément son calorimètre électromagnétique pour lequel une étude de correction de ses constantes d'étalonnage est présentée. La deuxième partie décrit les événements de physique du quark top détecté à ATLAS et leur sélection. Les outils techniques et logiciels d'analyse sont présentés. La dernière partie se consacre à la présentation de la méthode de mesure, de la théorie à la réalisation de la mesure de la masse du quark top dans le canal dileptonique électron-muon. Cette dernière donne une masse du quark top de 173{,}65 \pm 0{,}70 \pm 2{,}36 GeV ; compatible avec les autres mesures réalisées à travers le monde.

The LHC produced proton-proton collisions data with 7 TeV of center of mass energy in 2011 and 8 TeV in 2012 corresponding to an integrated luminosity of (respectively) 5 fb^{-1} and 23 fb^{-1}. Data collected by ATLAS have led to a better understanding of the detector, to the evaluation of its performance, to many measurements of physical quantities and the discovery of the \bsc{Higgs} boson. In a context of search for new physics, top quark studies are necessary as it is present in many new physics processes. The top quark mass is an important parameter of both beyond the standard model theories and the standard model itself, thus it must be measured with enough precision to be discriminatory. After a summary of the standard model and the role of the top quark, the first part of this thesis presents the ATLAS detector and focus on its electromagnetic calorimeter for which a study of the calibration constant patching process is detailed. The second part describes top quark physics events measured in ATLAS and their selection. Technical and software tools are presented. The last part presents the measurement method, from the theory to the actual measurement of the top quark mass in the dilepton electron-muon channel. This measurement yields a top quark mass of 173{,}65 \pm 0{,}70 \pm 2{,}36 GeV , showing no discrepancy with current worldwide measurements.