Calibration of the Electromagnetic Calorimeter of the ATLAS Experiment and Application to the Measurement of (BE)H Boson Couplings in the Diphoton Channel with Run 2 Data of the LHC.

Etalonnage du calorimètre électromagnétique de l’expérience ATLAS et application à la mesure des couplages du boson de (Brout-Englert-)Higgs dans le canal diphoton dans le cadre du Run 2 du LHC.

• Auteur / Autrice : Christophe Goudet
• Direction : Louis Fayard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 26/09/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'accélérateur linéaire (Orsay, Essonne ; 1969-2019)
• Jury : Président / Présidente : Achille Stocchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Louis Fayard, Achille Stocchi, Fabrice Hubaut, Luigi Rolandi, Glen Cowan, Claude Duhr, Guillaume Unal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Hubaut, Luigi Rolandi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expérience ATLAS

Instruments de mesure

Étalonnage

Constantes de couplage

Grand collisionneur de hadrons

Bosons de Higgs

Mots clés libres

Atlas

Higgs

Couplages

Calorimètre

Etalonnage

Atlas

Higgs

Couplings

Calorimeter

Calibration

Résumé

La découverte du boson de Higgs en 2012 a été un des principaux succès du run 1 du LHC. Une ère de mesures de précision a alors débuté à la recherche de déviations par rapport au Modèle Standard (MS), qui seraient des indices quant à la physique au-delà du MS.Ce manuscrit s'intéresse en premier lieu à l'étalonnage du calorimètre électromagnétique de l'expérience ATLAS. L'étape finale de cet étalonnage utilise la distribution en masse du boson Z pour corriger l'énergie mesurée des électrons et des photons. Des recommandations pour le démarrage du run 2 ont été produites afin de fournir des constantes de correction pour aux premières analyses. Les corrections utilisant les données du run 2 ont également été mesurées. Les performances de l'étalonnage du run 1 ont été atteintes puis améliorées : l'incertitude systématique sur le terme constant de la résolution du calorimètre électromagnétique, dominante pour la mesure des couplages du boson de Higgs au run 1, a été divisée par 3. La mesure des couplages du boson de Higgs consiste en la mesure de la forme du signal résonnant sur un bruit de fond décroissant. Cette mesure est effectuée de manière corrélée entre différentes catégories, optimisées pour différents modes de production à travers l'identification d'objets produits avec le boson de Higgs. Les résultats ont été obtenus à partir de 36 fb⁻¹ de données récoltées en 2015 et 2016 à une énergie de √s=13 TeV. Le rapport (µ) de la mesure de la section efficace inclusive du boson de Higgs sur sa valeur dans le MS a été mesuré. Aucune déviation significative par rapport au MS n'a été observée. µ = 0.99 ± 0.14. Les rapports des principaux modes de production ont également été mesurés :µ_{ggH} = 0.80 ± 0.18µ_{VBF} = 2.1 ± 0.66µ_{VH} = 0.7 ± 0.85µ_{ttH+tH} = 0.5 ± 0.62

The discovery of the Higgs boson was a major success of the run 1 of the LHC. The era of precision measurements began as any deviation from the expected Standard Model value would be a direct hint of new physics beyond the standard model. This thesis has a first focus on the calibration of the electromagnetic calorimeter of the ATLAS experiment. The final step of this calibration uses the knowledge of the line shape of the Z boson in order to correct the measured energy of electrons and photons. Recommendations for the beginning of run 2 have been given to provide calibration constants for early analyses. Run 2 calibration constants have been computed and the performances of run 1 have been reached and improved : the systematic uncertainty on the resolution constant term of the electromagnetic calorimeter, which was dominant for the Higgs boson couplings measurement at run 1, has been divided by a factor 3.The measurement of the H boson couplings consists in measuring the shape of the resonant signal over a smooth decreasing background in categories optimized for various processes, by tagging the objects produced in association with the Higgs boson. The results are based on 36 fb⁻¹ of data recorded in 2015 and 2016 at √s=13 TeV. The ratio of the measured production cross-sections of the Higgs boson over the SM expected value (µ) has been measured. No significant deviation with respect to the SM has been observed. µ = 0.99 ± 0.14. The ratios of the main production processes have also been measured: µ_{ggH} = 0.80 ± 0.18µ_{VBF} = 2.1 ± 0.66µ_{VH} = 0.7 ± 0.85µ_{ttH+tH} = 0.5 ± 0.62