Recherche du boson de higgs dans le canal ttH (H->bb) et mesure de la section efficace de production de ttbb avec le détecteur atlas au lhc

Search for the Higgs boson in the ttH(H->bb) channel and measurement of the production cross-section of ttbb with the ATLAS detector at the LHC

• Auteur / Autrice : Nihal Brahimi
• Direction : Laurent Vacavant, Georges Aad
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des Particules et Astroparticules
• Date : Soutenance le 31/10/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de physique des particules de Marseille (CPPM)
• Jury : Président / Présidente : Cristinel Diaconu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andrea Coccaro, Chafik Benchouk
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jessica Levêque, Aurélio Juste Rozas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grand collisionneur de hadrons

Quark top

Modèle standard (physique)

Expérience ATLAS

Bosons de Higgs

Mots clés libres

Lhc

Atlas

TtH

H->bb

Tt+jets

Ttbb

B-Tagging

Boson de Higgs

LHC à haute luminosité

Lhc

Atlas

Higgs boson

TtH

H->bb

Tt+jets

Ttbb

B-Tagging

High-Luminosity LHC

Résumé

Depuis la découverte du boson de Higgs par les expériences ATLAS et CMS en juillet 2012, il est devenu crucial de mesurer ses propriétés, tel que son couplage aux fermions, pour établir sa nature et déceler toute déviation possible par rapport aux prédictions du Modèle Standard. Le couplage Yukawa du quark top est le plus fort et ainsi joue un rôle majeur dans la découverte de nouvelle physique. La production du boson de Higgs en association avec une paire de quark top et sa désintégration en deux quarks b, ttH(H->bb), donne accès à ce couplage. Bien que la production ttH a été récemment établie par ATLAS et CMS en combinant plusieurs canaux dont ttH(H->bb), ce dernier n'a jamais était observé directement. La complexité de l'état final de ttH(H->bb) impliquant un grand nombre de b-jets, ainsi que la présence du bruit de fond dominant de la production de paire de quark top avec des jets additionnels (tt+jets), en particulier avec des b-jets (ttbb), sont les principaux défis de ce canal. Par conséquent, l'étiquetage des b-jets, appelé b-tagging, et le contrôle du bruit de fond ttbb sont des ingrédients clés pour cette analyse. Cette thèse présente la recherche de ttH(H->bb) avec 36.1 /fb de données LHC recueillies par le détecteur ATLAS en 2015 et 2016. Des techniques novatrices pour améliorer la sensibilité de l'analyse, exploitant les données complètes du Run 2, sont aussi développées. En particulier, des études détaillées sont présentées dont la mesure de la section efficace différentielle du bruit de fond ttbb. L'optimisation des algorithmes de b-tagging en vue du projet LHC à haute luminosité, après l'amélioration du trajectographe d'ATLAS, est également présentée.

Since the discovery of the Higgs boson at a mass around 125 GeV by both ATLAS and CMS collaborations in July 2012, it became crucial to measure its properties, such as its couplings to fermions, and unravel any deviations from the Standard Model (SM) predictions. The top quark Yukawa coupling is the strongest in the fermionic sector and one of the best probes to shed light on phenomena beyond the SM. The Higgs boson production in association with a pair of top quarks and its subsequent decay into a pair of bottom quarks, ttH(H->bb), grants direct access to this coupling in addition to the bottom quark Yukawa coupling. Although the ttH production was recently established by both ATLAS and CMS combining several channels including ttH(H->bb), the latter has never been observed directly. The complexity of the ttH(H->bb) final state with a large number of b-jets, and the overwhelming background of the top pair production with additional jets (tt+jets), especially b-jets (ttbb), are the major challenges of this channel. Thus, b-jet identification referred to as b-tagging, and the control of the ttbb background are key ingredients for this analysis. This thesis presents the search for ttH(H->bb) performed with 36.1 /fb of LHC data collected by the ATLAS detector in 2015 and 2016. Novel techniques to improve the search sensitivity with full Run 2 data are also developed. Particularly, detailed studies are presented including a differential cross-section measurement of the main ttbb background. The optimization of the b-tagging algorithms in view of the High Luminosity LHC upgrade, after the replacement of the ATLAS inner detector, is also presented.