Développement de techniques de sélection des leptons tau pour l’étude du boson de Higgs produit en association avec une paire de quarks top et se désintégrant en une paire de leptons tau

Development of tau selection techniques for the Higgs boson produced associated to a pair of top quarks and decaying into tau leptons

• Auteur / Autrice : Cristina Martin perez
• Direction : Alexandre Zabi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 21/10/2020
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Leprince-Ringuet (Palaiseau ; 1936-....)
• Jury : Président / Présidente : Luca Malgeri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Zabi, Dirk Zerwas, Lorenzo Feligioni, Paraskevas Paris Andreas Sphicas, Alexander Tapper, Sabine Crépé-Renaudin, Maria Luisa Cepeda Hermida
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dirk Zerwas, Lorenzo Feligioni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Particules (matière)

Bosons de Higgs

Leptons

Physique des hautes énergies

Mots clés libres

Boson de Higgs

Couplage top Yukawa

Méthode des Eléments de Matrice

Déclenchement

Leptons tau

Higgs boson

Top Yukawa coupling

Matrix Element Method

Trigger

Tau leptons

Résumé

L'expérience CMS (Compact Muon Solenoid) vise à étudier les résultats des collisions de protons produites par le LHC (Large Hadron Collider) au CERN. La découverte du boson de Higgs est un grand bond en avant car le mécanisme correspondant indique que les masses de particules sont le résultat d'une interaction avec le champ scalaire associé. La nature de ce domaine est étudiée dans les détails et cela occupera les collaborateurs de CMS pour les prochaines années. La caractérisation du secteur de Higgs ainsi que la recherche d'une nouvelle physique exigeront toutes les capacités du LHC. Des améliorations sont également prévues dans le but d'atteindre des luminosités beaucoup plus élevées (> 5x1034cm-2s-1). L'expérience CMS déploie un détecteur de 14000 tonalités équipé d'une électronique avancée pour suivre et identifier précisément toutes les particules produites lors des collisions. Bien que CMS ait affiché d'excellentes performances, sa mise à niveau pour la Phase II inclue entre autre un nouveau système d'acquisition de données pour exploiter pleinement les conditions de luminosité élevée.Le travail de thèse se concentre sur la prise en compte des nouvelles techniques d'analyse et de sélection pour rechercher les leptons tau provenant de la désintégration du Higgs produit en association avec deux quarks top (ttH). Le mode de production ttH est important pour caractériser les propriétés du boson de Higgs et en particulier, son couplage au quark top, auquel le processus ttH offre un accès direct. Le boson de Higgs se désintégrant en une paire de tau leptons est particulièrement intéressant puisqu'il permet de mesurer le couplage du boson de Higgs aux fermions. Compte tenu de la masse du Higgs, le mode de décomposition du tau est certainement favorisé, mais représente encore des aspects difficiles comme les techniques de sélection et de reconstruction. L'analyse ttH est particulièrement difficile du fait de la complexité des états finaux. Des techniques spécifiques comme la Matrix Element Method sont nécessaires à l’extraction du signal. Depuis son observation en 2018, cette analyse est l’une des principales priorités de l’expérience CMS et Cristina Martin Perez joue un rôle majeur dans la préparation de la publication des résultats du Run 2.En outre, cette thèse se concentre sur le développement d'un algorithme de sélection lepton tau dédié, qui n'avait jamais été réalisé avec les couches électroniques du système d'acquisition de données. Le nouveau système de déclenchement a été mis en service au début du Run II du LHC et est utilisé comme système de base depuis 2016. Cristina Martin Perez joue un rôle de premier plan dans les études de performance et l'optimisation de ce déclenchement.

The CMS (Compact Muon Solenoid) experiment aims at studying the results of proton collisions produced by the LHC (Large Hadron Collider) at CERN. The discovery of the Higgs boson is a great leap forward as the corresponding mechanism states that particles masses are the result of an interaction with the associated scalar field. The nature of that field is being studied in details and this will occupy the CMS collaborators for the next years. The characterization of the Higgs sector as well as the search for new physics will require the full capabilities of the LHC. Upgrades have been done along the way to reach much higher luminosities (>5x1034cm-2s-1). The CMS experiment deploys a 14000 tones detector equipped with advanced electronics to track and identify precisely all the particles produced from the collisions. Although CMS showed an excellent performance, it underwent upgrades, which include a new data acquisition system to fully exploit high luminosity conditions.The thesis work focuses on taking advantage of the newer analysis and selection techniques to search for tau leptons coming from Higgs which was produced associated to two tops (ttH). The ttH production mode is important to characterize the properties of the Higgs boson and in particular its coupling to top quarks, to which the ttH process has direct access. The Higgs to tau leptons is of particular interest as it probes the Higgs coupling to fermions. Given the mass of the Higgs, the tau decay mode is certainly favored but still represents challenging aspects in both selection and reconstruction techniques. The ttH analysis is particularly challenging given the complexity of final states and makes use of the latest signal extraction techniques. Since its observation in 2018, this analysis is one of the main priorities of the CMS experiment, and the Cristina Martin Perez plays a major role in the full Run 2 legacy paper preparation.Besides, this thesis focuses on the development of a dedicated tau selection algorithm, which had never been achieved with the electronics layers of the data acquisition system. A new trigger system was commissioned with proton collisions data and is being used as the baseline system starting 2016. Cristina Martin Perez plays a leading role in the performance studies and optimization of this trigger.