Calibration des Jet, mesure des sections efficaces et recherche de nouvelles physiques avec les données du Run 2 de l’expérience ATLAS

Jet calibration, cross section measurements and New Physics searches with the ATLAS experiment within the Run 2 data

• Auteur / Autrice : Robert Hankache
• Direction : Mélissa Ridel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 24/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Physique nucléaire et hautes énergies (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Tancredi Carli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthew Charles, Bogdan Malaescu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Paolo Azzurri, Emanuela Barberis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sections efficaces (physique nucléaire)

Jets (physique nucléaire)

Expérience ATLAS

Mots clés libres

ATLAS

Jets

Calibration

Section efficace

Nouvelle physique

LHC

CERN

QCD

Résumé

Le Modèle Standard est la théorie actuelle utilisée pour décrire les particules élémentaires et leurs interactions fondamentales (à l'exception de la gravité). Ma thèse au sein de l'expérience ATLAS met ce modèle sous test utilisant des objets appelés jets, pour étudier l’état final de particules qui interagissent à travers la force forte. Tout d'abord, j'ai contribué à une méthode d'étalonnage de jet visant à calibrer l'échelle d'énergie des jets dans la région avant du détecteur par rapport à la région centrale. J'ai amélioré la calibration en la rendant plus rapide et plus précise. Ensuite, j'ai travaillé sur une analyse de recherche de la nouvelle physique en utilisant des événements à deux jets. Le Modèle Standard prédit une distribution lisse de la masse invariante des bi-jets, d'où la recherche d'une bosse pouvant provenir d’une nouvelle particule. Comme aucune bosse significative n'est détectée, nous avons mis des limites sur des signaux prédits par des théories au delà du Modèle Standard. Enfin, j'ai développé une nouvelle analyse de physique mesurant la section efficace différentielle du jet ayant le plus haut moment transverse en fonction du moment transverse et de la rapidité. Le défi consistait à factoriser les effets du détecteur (résolution et acceptance) de l'observable, ce que j'ai fait en utilisant une nouvelle technique de déploiement. J'ai également travaillé sur le calcul des prédictions théoriques qui était très difficile à réaliser et nécessitait la mise en place de régularisations spéciales. La mesure et les prédictions sont ensuite comparées et des tensions, qui s’expliquent par la complexité de la prédiction, sont observées.

The Standard Model is the current theory used to describe the elementary particles and their fundamental interactions (except the gravity). My PhD within the ATLAS experiment put this model under test using objects called jets, to study final state particles that interact through the strong force. First, I contributed to a method of jet calibration aiming at calibrating the energy scale of jets in the forward region of the detector with respect to central region. I improved the calibration by making it faster and more precise. Next, I worked on a search analysis of new physics using events with two jets. The Standard Model predicts a smooth distribution of the invariant mass of di-jets, hence we search for a bump which could come from a new particle. Since no significant bump is found, we put limits on signals as predicted by Beyond Standard Model theories and on model-independent signals. Last, I developed a new physics analysis measuring the leading (highest in transverse momentum) jet differential cross-section as a function of transverse momentum and rapidity. The challenge was to factorize the detector effects (resolution and acceptance) from the observable, which I did using a new unfolding technique. I also worked on the theoretical predictions calculation which was very challenging to perform and needed the implementation of special regularizations. The measurement and the predictions are then compared and tensions are observed due to the difficulties of theoretical predictions calculation.