Mesure de la section efficace de production des bosons W⁺W⁻ dans l'experience ATLAS au LHC

Measurement of the Standard Model W⁺W⁻ production cross-section using the ATLAS experiment on the LHC

• Auteur / Autrice : Martin Zeman
• Direction : Václav Vrba, Christophe Royon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 02/10/2014
• Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec České vysoké učení technické (Prague)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Noyaux, Cosmos (Paris ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre européen pour la recherche nucléaire - Service de Physique Nucléaire (Saclay)
• Jury : Président / Présidente : Etienne Augé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Václav Vrba, Christophe Royon, Etienne Augé, Alexander Kupčo, Gregory Soyez, Igor Jex
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alexander Kupčo, Dmytro Volyanskyy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grand collisionneur de hadrons

Bosons W

Physique des hautes énergies

Mots clés libres

Physique des particules

Physique des hautes énergies

Analyse

Modèle standard

Physique électro-faible

Bosons

Dibosons

W⁺W⁻

Estimation des données

Section efficace

Déconvolution

CERN

LHC

ATLAS

Particle physics

High-energy physics

Analysis

Standard Model

Electroweak physics

Bosons

Dibosons

W⁺W⁻

Data driven

Cross-section

Unfolding

CERN

LHC

ATLAS

Résumé

Les mesures de sections efficaces de production di-bosons constituent une partie importante du programme de physique au Large Hadron Collider (Grand collisionneur de hadrons) au CERN. Ces analyses de physique offrent la possibilité d'explorer le secteur électrofaible du modèle standard à l'échelle du TeV et peuvent être une indication de l'existence de nouvelles particules au-delà du modèle standard. L'excellente performance du LHC dans les années 2011 et 2012 a permis de faire les mesures très compétitives. La thèse donne un aperçu complet des méthodes expérimentales utilisées dans la mesure de la section efficace de production de W⁺W⁻ dans les collisions proton-proton au √s = 7 TeV et 8 TeV. Le texte décrit l'analyse en détail, en commençant par l'introduction du cadre théorique du modèle standard et se poursuit avec une discussion détaillée des méthodes utilisées dans l'enregistrement et la reconstruction des événements de physique dans une expérience de cette ampleur. Les logiciels associés (online et offline) sont inclus dans la discussion. Les expériences sont décrites en détail avec en particulier une section détaillée sur le détecteur ATLAS. Le dernier chapitre de cette thèse présente une description détaillée de l'analyse de la production de bosons W dans les modes de désintégration leptoniques utilisant les données enregistrées par l'expérience ATLAS pendant les années 2011 et 2012 (Run I). Les analyses utilisent 4,6 fb⁻¹ de données enregistrées à √s = 7 TeV et 20,28 fb⁻¹ enregistré à 8 TeV. La section efficace mesurée expérimentalement pour la production de bosons W dans l'expérience ATLAS est plus grande que celle prédite par le modèle standard à 7 TeV et 8 TeV. La thèse se termine par la présentation des résultats de mesures différentielles de section efficace.

Measurements of di-boson production cross-sections are an important part of the physics programme at the CERN Large Hadron Collider. These physics analyses provide the opportunity to probe the electroweak sector of the Standard Model at the TeV scale and could also indicate the existence of new particles or probe beyond the Standard Model physics. The excellent performance of the LHC through years 2011 and 2012 allowed for very competitive measurements. This thesis provides a comprehensive overview of the experimental considerations and methods used in the measurement of the W⁺W⁻ production cross-section in proton-proton collisions at √s = 7 TeV and 8 TeV. The treatise covers the material in great detail, starting with the introduction of the theoretical framework of the Standard Model and follows with an extensive discussion of the methods implemented in recording and reconstructing physics events in an experiment of this magnitude. The associated online and offline software tools are included in the discussion. The relevant experiments are covered, including a very detailed section about the ATLAS detector. The final chapter of this thesis contains a detailed description of the analysis of the W-pair production in the leptonic decay channels using the datasets recorded by the ATLAS experiment during 2011 and 2012 (Run I). The analyses use 4.60 fb⁻¹ recorded at √s = 7 TeV and 20.28 fb⁻¹ recorded at 8 TeV. The experimentally measured cross section for the production of W bosons at the ATLAS experiment is consistently enhanced compared to the predictions of the Standard Model at centre-of-mass energies of 7 TeV and 8 TeV. The thesis concludes with the presentation of differential cross-section measurement results.