Recherche de violation de CP dans le couplage de Yukawa du lepton tau avec la méthode du vecteur polarimétrique dans les données du Run 2 de l’expérience CMS auprès du LHC

Search for CP violation in the tau Yukawa coupling with the polarimetric vector method in Run 2 data with the CMS experiment at the LHC

• Auteur / Autrice : Mario Sessini
• Direction : Anne-Catherine Le Bihan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules élémentaires
• Date : Soutenance le 15/12/2023
• 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 : Isabelle Ripp-Baudot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florian Beaudette
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marco Delmastro, Dirk Zerwas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Particules (physique)

Grand collisionneur de hadrons

Violation de la règle CP (physique nucléaire)

Mots clés libres

Physique des particules

CMS

LHC

Boson de Higgs

Lepton tau

Violation de CP

Vecteur polarimétrique

Couplage de Yukawa

Particle physics

CMS

LHC

Higgs boson

Tau lepton

CP violation

Polarimetric vector

Yukawa coupling

Résumé

Cette thèse présente une recherche de violation de charge-parité dans le couplage de Yukawa du lepton tau grâce à la méthode du vecteur polarimétrique. Le travail réalisé s'articule autour d’une recherche d’optimisation de la sensibilité de la précédente mesure réalisée par l’expérience CMS dans les données du Run 2 en vue de l’analyse des données du Run 3. Pour y parvenir, les performances de la méthode du vecteur polarimétrique dans les canaux purement hadroniques et les canaux semi-leptoniques contenant un muon sont étudiées, afin le cas échéant, de remplacer les méthodes précédentes fondées uniquement sur les produits de désintégration visibles des leptons taus. Les résultats de cette étude ont conduit à la réalisation d'une analyse complète des données du Run 2 dans le canal a13pr+μ à l’aide de l’algorithme d’ajustement cinématique des paires de leptons tau GEF. Une amélioration de la sensibilité attendue de l’ordre de 15% est observée en utilisant la méthode du vecteur polarimétrique. D’autre part, des travaux liés à l’étude des variables optimales de spin du lepton tau dans les échantillons de données hybrides dits “embedded” ont également été effectués. Enfin, les performances d’identification des modes de désintégration du lepton tau par l’algorithme HPS ont été évaluées dans le contexte de l'évolution des méthodes d’identification des photons et des électrons pour le Run 3 au sein de l’algorithme du flux de particules de CMS.

This thesis introduces a search for charge-parity violation in the tau Yukawa coupling with the polarimetric vector method. The presented work focuses on the optimization of the sensitivity of the last measurement performed by the CMS Collaboration with Run 2 data, to prepare the analysis of the Run 3 data. To do so, the limitations of the deployment of the polarimetric vector method are evaluated in fully hadronic and semi-leptonic decay modes containing a muon, with the main objective to replace the initial methods exploiting the tau visible decays only. Results from this study then motivated the possibility to perform a full analysis of Run 2data in the a13pr+μ final state with the tau leptons pair kinematic fit algorithm GEF. An improvement of the expected sensitivity of 15% is obtained with the polarimetric vector method in comparison to previous results. Work related to the study of tau spin observables in embedded samples has also been performed. Finally, the performance of the tau decay mode identification with the HPS algorithm has been evaluated in presence of the new photon and electron identification methods implemented within the CMS particle flow algorithm.