Recherche de résonances produites en association avec ou se désintégrant en un boson Z à grand moment transverse avec le détecteur ATLAS au LHC

Search for resonances produced in association with or decaying to a Z boson at large transverse momentum with the ATLAS detector at the LHC

• Auteur / Autrice : Kunlin Han
• Direction : Zhiqing Zhang, Haiping Peng
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 02/03/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec University of science and technology of China
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....) - State Key Laboratory of Particle Detection & Electronics (Hefei, Chine)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Lianliang Ma
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Shu Li, Nicolas Berger, Adam Falkowski, Gabriel Facini
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Shu Li, Nicolas Berger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique au-delà du modèle standard

Résonance

Expérience ATLAS

Bosons Z

Mots clés libres

Boson Z

ATLAS

Au-delà du modèle standard

Résonance

Z boson

ATLAS

Beyond the Standard Model

Resonance

Résumé

Cette thèse présente une recherche générique de résonances réalisée avec les événements du boson Z se désintégrant en ee et μμ au moment transverse supérieur à 100 GeV en utilisant les données correspondant à une luminosité intégrée de 139 fb⁻¹ collectées avec le détecteur ATLAS dans les collisions pp à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV au LHC. La recherche vise des résonances produites en association avec un boson Z et apparaissant ainsi comme un recul (X) du boson Z ou être un état intermédiaire (Y) se désintégrant en un boson Z et les particules du modèle standard ou une autre résonance X. La sélection de moment transverse permet de réduire le bruit de fond du modèle standard et d'améliorer la sensibilité de la recherche. Six catégories d’événements indépendantes sont définies pour être sensibles à différentes résonances se désintégrant dans différents états finals. Les observables utilisées pour la recherche sont la masse invariante d'objets visibles dans le système de recul et celle de l'état final complet. Les distributions de masse dans les six catégories d'événements ainsi que leur combinée sont examinées pour les excès au-dessus d'une estimation du bruit de fond du modèle standard basée sur les données. Large plage de masse pour valeurs de masse de 200 GeV et jusqu'à environ 6 TeV peut être étudiée en fonction des spectres de masse et des catégories. Aucun excès significatif n'est observé dans les spectres de masse et les catégories d'événements considérés. Les limites supérieures d'exclusion sur la section efficace multipliée par le rapport de branchement multiplié par l'acceptance sont obtenues à un niveau de confiance de 95% d'une manière indépendante du modèle pour les signaux de forme Gaussienne avec trois valeurs de largeur relative de 3%, 5% et 10%.

This dissertation presents a generic search for resonances performed with Z boson events decaying to ee and μμ at the transverse moment greater than 100 GeV using proton-proton collisions data collected with the ATLAS detector, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb⁻¹ with a center-of-mass energy of 13 TeV. The search aims for resonances produced in association with a Z boson and thus appearing as a recoil (X) of the Z boson or be an intermediate state (Y) decaying to a Z boson and the Standard Model particles or another resonance X.The requirement of transverse moment helps suppress the Standard Model background and enhance the sensitivity of the search. Six independent event categories are defined to be sensitive to different resonances decaying in different final states. The observables used for the search are the invariant mass of visible objects in the recoil system and the full final state. The invariant mass distributions in all six event categories and their combined one are examined for local excesses above a data-driven estimate of the Standard Model background. Large mass range for mass values down to 200 GeV and up to around 6 TeV can be studied depending on the mass spectra and categories. No significant excess is observed in any mass spectrum and event category considered. Upper exclusion limits on cross-section times branching ratio times acceptance are derived at 95% confidence level in a model-independent way for Gaussian-shaped signals with three different relative width values of 3%, 5%, and 10%.