Mesure des propriétés du boson de Higgs avec les donnees du Run 2 collectees par l'experience ATLAS

Measurement of the Higgs boson properties with Run 2 data of the ATLAS experiment

• Auteur / Autrice : Saskia Falke
• Direction : Thibault Guillemin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique subatomique et astroparticules
• Date : Soutenance le 17/09/2019
• 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 Théorique (Annecy-le-Vieux)
• Jury : Président / Présidente : Edwige Tournefier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Unal, Frank Tackmann
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Fabio Cerutti, Fabrice Couderc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Particules (physique)

Modèle standard (physique)

Bosons de Higgs

Mots clés libres

Cern

Lhc

Atlas

Higgs

Couplages

Cern

Lhc

Atlas

Higgs

Couplings

Résumé

Les mesures actuelles des propriétés du boson de Higgs sont en bon accord avec les prédictions du Modèle Standard. Cependant, des théories au-delà du Modèle Standard sont néssessaires pour expliquer des questions fondamentales toujours ouvertes. Beaucoup de ces théories prédisent des déviations du Modèle Standard dans le secteur du Higgs, en particulier pour les couplages du boson de Higgs aux particules fondamentales. Celles-ci peuvent être testées au LHC dans des mesures des taux de production et de désintégration du boson de Higgs, avec une présision croissante. Ces mesures sont faites dans le contexte des Simplified Template Cross Sections; dans cette approche, l'espace de phase est divisé en modes de production et régions cinématiques, afin d'exploiter l'information de la forme des distributions de la manière la plus générique possible. Ceci permet également une combinaison facile de plusieurs modes de désintégration du boson de Higgs, exploitant ainsi leur différente sensitivité dans différentes régions de l'espace de phase. Le travail présenté dans cette thèse utilise des données de collisions de protons enregistrées à une energie de 13TeV par le détecteur ATLAS.Malgré une faible statistique, la désintégration du boson de Higgs en deux photons profite d'une signature expérimentale très propre, d'une résolution de masse excellente et d'un bruit de fond lisse. Elle représente donc un canal excellent pour les mesures de précision, en particulier dans des régions d'espace de phase avec une grande statistique, mais aussi une large contribution de bruit de fond. Ce document présente la mesure de la masse du boson de Higgs avec 36ifb de luminosité intégrée, ainsi que la mesure de sections efficaces de production avec 80ifb de données. Un ingrédient crucial pour ces mesures est une calibration précise de l'énergie des photons. Une chaine de calibration complexe est appliquée pour corriger toute source possible de biais de calibration dans le détecteur et lors de la réconstruction. L'étape finale utilise la désintégration du boson Z en paire electron-positron comme référence. Des études détaillées de cette étape sont également présentées.Comme aucun indice concret vers un modèle particulier de nouvelle physique a été trouvé jusqu'à maintenant, il est important d'interpréter les mesures de manière générique. Dans cette thèse, les résultats combinés de plusieurs canaux de désintégration du boson de Higgs sont interprétés dans le contexte de théories effectives des champs. Ces résultats permettent de déterminer des limites sur un large ensemble d'opérateurs. Les résultat obtenus peuvent ensuite être interprétés dans des modèles particuliers.

All current measurements of the Higgs boson properties agree very well with the Standard Model predictions. However, theories beyond the Standard Model are needed to explain fundamental open questions. Many of these theories predict deviations in the Higgs sector, in particular in the couplings of the Higgs boson to the elementary particles. These can be tested at the LHC by measuring production and decay rates of the Higgs boson with increasing precision. The measurements are performed in the Simplified Template Cross Section framework, that divides the phase space into production modes and kinematic regions, in order to use shape information in an as much as possible model independent approach. This still allows a combination of different decay channels in order to profit from their sensitivities in different phase space regions. The work presented in this documents uses proton-proton collision data recorded at a center-of-mass energy of 13TeV by the ATLAS detector.Despite a low statistics, the Higgs decay into two photons profits from a very clean experimental signature, an excellent mass resolution and a smooth background. It is therefore an excellent channel to make precision measurements, in particular in phase space regions with high statistics but large background contributions. This thesis presents the Higgs boson mass measurement using 36ifb of integrated luminosity, as well as a measurement of it production cross sections using 80ifb of data. A crucial ingredient for these measurements is a careful calibration of the photon energy. A complicated calibration chain is applied, correcting for all the possible sources of miscalibration in the detector and the reconstruction. The final step uses the decay of the Z boson into an electron-positron pair as a standard candle. Detailed studies on this step are as well presented in this thesis.Since no concrete hint to a specific new physics model has been found so far, it is important to interprete these measurements in a model independent way. In this work, the combined results in several Higgs decay channels are interpreted in the framework of Effective Field Theories. These results allow to set limits on a complete set of generic operators. The obtained constraints can subsequently be re-interpreted in concrete new physics models.