Layer Intercalibration of the ATLAS Electromagnetic Calorimeter and CP-odd Higgs Boson Couplings Measurements in the Four-Lepton Decay Channel with Run 2 Data of the LHC
Intercalibration des couches du calorimètre électromagnétique d'ATLAS et mesure de couplages CP impairs du boson de Higgs dans son canal de désintégration en quatre leptons avec les données du Run 2 au LHC
Résumé
After the Higgs boson discovery at the LHC in 2012, interest turned to Higgs boson property measurements to refine the tests of the Standard Model and probe for new physics. One of its key properties is its spin-parity (CP), predicted to be 0+ in the Standard Model. Analyses of data collected during the Run 1 of the LHC rejected all pure spin-parity (CP) state other than 0+. However mixed CP states are still possible, and would indicate CP violation in the Higgs sector.The first part of this thesis focuses on the ATLAS electromagnetic calorimeter calibration, needed to reach a permil level on electron and photon energy resolution which are of prime importance for Higgs boson studies. One step of the calibration sequence consists of the layer intercalibration of the electromagnetic calorimeter, needed to correct residual electronics miscalibration and cross-talk effects. The Run 1 method has proven to be unreliable for the pileup levels in Run 2 and a new method was developed, ensuring a precise control on the systematic uncertainties.The second part of this thesis puts emphasis on the Higgs boson to vector boson CP-odd couplings, with the Higgs boson decaying to four leptons. This channel, despite low statistics, provides a clean signature and a signal-to-noise ratio over two, allowing for a precise determination of the Higgs boson properties. The vector boson fusion production channel offers the best sensitivity to CP effects thanks to its two characteristic tagging jets in the final state. The contamination from the gluon fusion production mode with additional jets is reduced using neural networks. To unambiguously distinguish yet unknown CP-even from possible CP-odd effects, a variable whose shape asymmetry only depends on CP-odd effects is built. This observable is based on the matrix element computation, maximally using the kinematic information available from Higgs boson and associated jets. Results are interpreted in a context of effective field theory, and the statistical precision on the tCzz Wilson coefficient is estimated to [-0.80, 0.80] at the 68% confidence level.
Après la découverte du boson de Higgs en 2012 au LHC, l'intérêt s'est porté sur l'étude de ses propriétés pour vérifier le Modèle Standard et pour sonder la nouvelle physique. L'une de ses propriétés fondamentales est sa spin-parité (CP), dont le Modèle Standard prédit la valeur 0+. Les analyses menées sur les données récoltées au Run 1 du LHC ont rejeté toutes les hypothèses d'état pur de spin-parité autre que cette valeur. Cependant des états mixtes de CP sont toujours possibles, ce qui indiquerait une violation de symmétrie CP dans le secteur du Higgs.La première partie de cette thèse se concentre sur la calibration du calorimètre électromagnétique d'ATLAS permettant d'atteindre une résolution de l'ordre du pour mille sur l'énergie des électrons et photons, primordiaux dans les analyses du boson de Higgs. Une des étapes est l'inter-calibration des couches du calorimètre électromagnétique, corrigeant des effets résiduels de calibration électronique et de diaphonie (cross-talk). La méthode établie au Run 1 a montré ses limites devant les niveaux d'empilement mesurés au Run 2, et une nouvelle analyse a été alors dévéloppée, assurant le contrôle précis des incertitudes systématiques.La deuxième partie de cette thèse porte sur la mesure des couplages CP-impairs du boson de Higgs aux boson vecteurs, étudié dans le canal de désintégration du boson de Higgs en quatre leptons. Malgré une faible statistique, ce canal offre une signature propre et un rapport signal sur bruit de plus de deux, permettant l'analyse précise des propriétés du boson de Higgs. Le mode de production par fusion de bosons vecteurs offre la meilleure sensibilité aux effets de CP grâce à la présence de deux jets dans l'état final. La pollution venant du mode de production par fusion de gluon avec des jets additionels est réduite grâce à l'utilisation de réseaux neuronaux. Pour distinguer de manière univoque les effets CP-impair d'éventuels effets CP-pair encore inconnus, une nouvelle variable est construite dont l'asymétrie de forme dépend uniquement d'effets CP-impairs. Composée d'éléments de matrice, cette variable utilise les informations cinématiques du boson de Higgs et des jets de manière maximale. Les résultats sont interprétés en termes de théorie effective, et la sensibilité statistique à 68% de confiance sur le coefficient de Wilson tCzz est estimée à [-0.80, 0.80].
Origine : Version validée par le jury (STAR)