Mesure de paramètres électrofaibles dans les désintégrations du boson Z en leptons tau et tests de détecteurs pour la jouvence du trajectographe de CMS pour le LHC à haute luminosité

Measurement of electroweak parameters in the Z boson decays into tau leptons and Detector tests for the upgrade of the CMS tracker for the High Luminosity LHC

• Auteur / Autrice : Clément Grimault
• Direction : Ulrich Goerlach
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 31/08/2022
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Caroline Collard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Baudot, Irena Nikolic
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lucia Di Ciaccio, Roberto Salerno

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bosons Z

Détecteurs de rayonnement

Polarisation (physique nucléaire)

Mots clés libres

Physique des particules

Polarisation

Hélicité

Angle de mélange électrofaible

Lepton tau

Détecteur CMS

Télescope CHROMini

Trajectographe

LHC

Haute luminosité

Particle physics

Polarisation

Helicity

Electroweak mixing angle

Tau lepton

CMS detector

CHROMini telescope

Tracker

LHC

High-luminosity

Résumé

Cette thèse se concentre sur la mesure de la polarisation des leptons tau provenant de la désintégration du boson Z. Elle utilise les données de collision proton-proton à une énergie [...] collectées par le détecteur CMS auprès du LHC en 2016, pour une luminosité intégrée de [...]. Cette étude est la première à étendre la mesure de ce paramètre à l'ensemble des canaux de désintégration hadronique du tau qui peuvent être reconstruits par le détecteur CMS. L'analyse utilise les distributions angulaires entre les produits de désintégration visibles du tau pour caractériser l'état d'hélicité du tau. Pour chaque mode de désintégration du tau, une variable optimale est déterminée, et une attention particulière est accordée à la migration entre les modes de désintégration, qui est la principale source d'erreur systématique de cette analyse. Une étude permet d'estimer l'erreur systématique associée à la modélisation de ces migrations. Cette thèse fournit également une valeur de l'angle de mélange électrofaible en traduisant la valeur de la polarisation mesurée via des courbes de calibration. Enfin, elle présente le mini-télescope CHROMini, faisant partie d'un nouveau dispositif expérimental de tests installé auprès de la ligne CMS du cyclotron CYRCé à l'IPHC. Ce dispositif permettra d'évaluer les performances des futurs détecteurs du trajectographe de CMS prévus pour la jouvence du LHC à haute luminosité, avec des taux d'acquisition et d'occupation élevés.

This thesis focuses on the measurement of tau lepton polarisation from Z boson decay. The analysis is based on proton-proton collision data at a center-of-mass energy [...] collected by the CMS detector at the LHC in 2016, corresponding to an integrated luminosity of [...]. This study is the first to extend the measurement of this parameter to all hadronic tau decay channels that can be reconstructed by the CMS detector. The analysis uses angular distributions between the visible tau decay products to characterise the tau helicity state. For each tau decay mode, an optimal variable is determined, and particular attention is given to the migration between decay modes, which is the main source of systematic error in this analysis. A study estimates the systematic uncertainty associated with the modeling of these migrations. This thesis also provides a value for the electroweak mixing angle by converting the measured polarisation value using calibration curves. Finally, it presents the CHROMini mini-telescope, part of a new experimental test beam facility installed on the the CMS beamline at the CYRCé cyclotron at IPHC. This device will evaluate the performance of future CMS tracker detectors for the LHC high-luminosity upgrade, with high acquisition and occupancy rates.