Etalonnage en énergie et identification des photons, mesure de la masse du boson de Higgs et recherche de supersymétrie dans l'état final avec deux photons, avec les données du Run 2 de l'expérience ATLAS au LHC

Physics with photons with the ATLAS run 2 data : calibration and identification, measurement of the Higgs boson mass and search for supersymmetry in di-photon final state

• Auteur / Autrice : Stefano Manzoni
• Direction : Leonardo Carminati, Giovanni Marchiori
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 15/12/2017
• Etablissement(s) : Paris 6 en cotutelle avec Università degli studi (Milan, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Physique nucléaire et hautes énergies (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Matteo Cacciari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Hubaut, Shahram Rahatlou, Dan Tovey, Lydia Iconomidou-Fayard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mauro Donegà

Mots clés

Mots clés contrôlés

Supersymétrie

Bosons de Higgs

Mots clés libres

LHC

ATLAS

Boson de Higgs

Supersymétrie

Photons

Performance

ATLAS

Higgs boson

Supersymmetry

Résumé

Les résultats présentés dans ce manuscrit sont basés sur l’analyse des collisions proton-proton du Large Hadron Collider, à une énergie du centre de masse de 13 TeV, enregistrées par le détecteur ATLAS en 2015 et 2016.Le programme de recherche de l'expérience ATLAS comprend la mesure précise des paramètres du modèle standard et la recherche d’éventuels signaux de nouvelle physique au delà du modèle standard. Ces deux approches sont poursuivies dans cette thèse, qui comprend deux analyses différentes. Dans la première analyse, la masse du boson de Higgs a été mesurée dans le mode de désintégration en deux photons. La valeur mesurée de la masse est de 125,11 ± 0,42 GeV. La combinaison de ce résultat avec une mesure similaire dans le canal de désintégration du boson de Higgs en quatre leptons donne une masse de 124,98 ± 0,28 GeV.La seconde analyse recherche la production de particules supersymétriques (gluinos, squarks ou winos) dans un état final contenant deux photons et de l’énergie transverse manquante. Aucun excès significatif n'est observé par rapport au bruit de fond prévu par le modèle standard, et des limites inférieures sur les masses des gluinos, des squarks et des winos ont été établies dans le contexte d'un modèle généralisé de « gauge-mediated supersymmetry breaking ».Enfin, des études de performance du détecteur ATLAS (étalonnage de l'énergie des électrons et des photons et mesure de la probabilité de mauvaise identification des photons comme électrons), qui sont des ingrédients clés pour les deux analyses présentées précédemment, ont été également réalisées et sont ici décrites.

The work presented in this manuscript is based on the proton-proton collision data from the Large Hadron Collider at a centre-of-mass energy of 13 TeV recorded by the ATLAS detector in 2015 and 2016.The research program of the ATLAS experiment includes the precise measurement of the parameters of the Standard Model (SM) and the search for signals of physics beyond the SM. Both these approaches are pursued in this thesis, which presents two different analyses. The first one is the measurement of the Higgs boson mass in the di-photon decay channel. The measured value of the mass is (125.11 ± 0.42) GeV. Its combination with a similar measurement in the four lepton Higgs boson decay final state is presented. The value of the Higgs boson mass obtained from the combined measurement is (124.98 ± 0.28) GeV. The second one is the search for production of supersymmetric particles (gluinos, squarks or winos) in a final state containing two photons and missing transverse momentum. No significant excess with respect to the SM background is observed and lower limits on the gluino, squark and wino masses are set in the context of a generalised model of gauge-mediated supersymmetry breaking with a bino-like next-to-lightest supersymmetric particle.Finally, ATLAS detector performance studies (electron and photon energy calibration and measurement of the photon->electron misidentification probability), which are key ingredients for the two analyses presented before, are also performed and described.