Thèse soutenue

Recherche de nouvelles résonances a haute masse dans l'état final dilepton et calibration du démonstrateur pour l'upgrade Phase-1 du calorimètre électromagnétique dans l'expérience ATLAS

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Auteur / Autrice : Peter Johannes Falke
Direction : Tetiana Berger-Hrynova
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique subatomique et astroparticules
Date : Soutenance le 20/09/2019
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique des particules
Jury : Président / Présidente : Edwige Tournefier
Examinateurs / Examinatrices : Andreas Hoecker, Gautier Hamel de Monchenault
Rapporteurs / Rapporteuses : Manuel Pérez-Victoria, Philippe Schwemling

Mots clés

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Résumé

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Le Modèle standard (MS) de la physique des particules a été testé avec une grande précision par diverses expériences au cours des dernières décennies et aucun écart significatif n'a été constaté jusqu'à présent. Le LHC est une machine parfaite pour la recherche de nouveaux phénomènes, car il permet d'atteindre des énergies considérablement plus élevées que celles des accélérateurs précédents. Le Run 2 du LHC couvre la période de collecte des données allant de 2015 à 2018, au cours de laquelle des collisions proton-proton d'une énergie au centre de la masse de 13 TeV ont été enregistrées. La luminosité intégrée totale utilisable par les analyses ATLAS pour le Run 2 est de 139 fb⁻¹.De nombreuses théories au-delà du Modèle standard prédisent des résonances supplémentaires qui peuvent se désintégrer leptoniquement. Cette thèse présente une recherche de résonances dans les états finaux diélectron et dimuon dans la fourchette de masse de 250 GeV à 6 TeV, basée sur l'ensemble de données Run 2. L'estimation du bruit de fond dans l'analyse est effectuée en ajustant une forme fonctionnelle aux données. Une forme de signal générique est choisie afin de faciliter la réinterprétation des limites sur la section efficace dans le volume fiduciel. Des limites inférieures pour la masse de nouvelles résonances sont mesurées pour des modèles de référence. Pour le boson Z′ᵩ motivé par la symétrie E6, la limite mesurée dans le canal dilepton est de 4.5 TeV. Cette recherche est une des analyses les plus importantes de l'expérience ATLAS.En plus des modes de désintégration dileptoniques, de nouvelles résonances à haute masse peuvent se désintégrer dans d'autres états finaux tels que des paires de bosons W et Z du MS, des paires VH avec V∈{W,Z} et le boson de Higgs H du MS, ou des paires lepton-neutrino. La combinaison de recherches dans différents canaux de désintégration permet d'étendre le potentiel de la découverte en exploitant leur complémentarité. La combinaison des états finaux VV, VH, lv et dilepton avec 36.1 fb⁻¹ de données de 2015-2016 est détaillée dans ce document.L'augmentation de la luminosité instantanée du LHC au cours de la prochaine période de prise de données (Run 3) nécessite une mise à niveau de l'électronique de déclenchement du calorimètre à argon liquide (LAr) d'ATLAS. La nouvelle électronique décuple la granularité de l'information LAr fournie au premier niveau du système de déclenchement et permettra une sélection plus fine au niveau hardware du déclenchement. Pour tester les pré-prototypes de l'électronique mise à niveau, un système de démonstration in-situ a été installé au début du Run 2, afin de collecter les données avec la nouvelle lecture en parallèle à l'actuelle. L'étalonnage de l'énergie et de l'information en temps du système démonstrateur sont présentés dans cette thèse. D'autres études détaillées, réalisées à partir de données recueillies en 2017, comprennent la comparaison de la reconstruction de l'énergie et de l'information en temps entre le système démonstrateur et le système LAr standard, l'information sur la forme des cascades au niveau de l'événement et la prédiction de la forme des impulsions d'ionisation, parmi d'autres mesures. Un bon accord avec les performances attendues est obtenu, démontrant l'état de préparation du système pour la prise de données du Run 3.