Performance du calorimètre à argon liquide et recherche du boson de Higgs dans son canal de désintégration H -->ZZ*->4l avec l'expérience ATLAS auprès du LHC

Performance of the liquid argon calorimeter, search and study of the Higgs boson in the channel H -> ZZ* -> 4 l with the ATLAS detector

• Auteur / Autrice : Elodie Tiouchichine
• Direction : Emmanuel Monnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière
• Date : Soutenance le 14/11/2014
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Eric Kajfasz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mossadek Talby, Yves Sirois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arthur Schaffer, Benjamin Trocme

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calorimètres électromagnétiques

Grand collisionneur de hadrons

Bosons de Higgs

Mots clés libres

Calorimètre

Qualité de donnée

Electron

Bruit de fond

Higgs

Boson

Calorimeter

Data quality

Electron

Background

Higgs

Boson

Résumé

Les travaux de thèse effectués au sein de la collaboration ATLAS et présentés dans ce manuscrit se sont déroulés dans le contexte de la découverte d'une nouvelle particule dans la recherche du boson de Higgs du Modèle Standard au LHC. Après une introduction du cadre théorique, le LHC et le détecteur ATLAS sont présentés ainsi que leurs performances durant cette première phase de prise de données comprenant les données acquises en 2011 et 2012. Une attention particulière est portée aux calorimètres à argon liquide et au traitement de la qualité des données enregistrées par ce système. Des études de validation des données collectées durant des conditions non nominales de la haute tension des calorimètres à argon liquide ont abouti à la récupération de 2% des données collectées, les rendant ainsi disponibles pour l'analyse de physique. Ceci a un impact direct sur le canal H -> ZZ* -> 4 l où le nombre d'événements attendus est faible. Dans le but d'optimiser l'acceptance du canal de désintégration en quatre électrons, des nouveaux algorithmes de reconstruction des électrons ont été introduits en 2012, et la mesure de son efficacité est présentée. Le gain d'efficacité allant jusqu'à 7% pour les électrons de basse énergie transverse (15<E_T<20 GeV) constitue une des améliorations de l'analyse dans le canal H -> ZZ* -> 4 l qui est présentée pour les données 2012. Les méthodes d'estimation du bruit de fond réductible des canaux contenant des électrons dans l'état final ont été au centre de l'attention durant la période qui a suivi la découverte et sont particulièrement décrites. Les mesures de propriétés du boson découvert, basées sur les données de 2011 et 2012 sont présentées.

The work presented in this thesis within the ATLAS collaboration was performed in the context of the discovery of a new particle at the LHC in the search for the Standard Model Higgs boson. My contribution to the Higgs boson search is focused in the H -> ZZ* -> 4 l channel at different level, from the data taking to the physics analysis. After a theoretical introduction, the LHC and the ATLAS detector are presented as well as their performance during the 2011 and 2012 runs. A particular consideration is given to the liquid argon calorimeters and to the data quality assesment of this system. The validation of the data recorded during non-nominal high voltage conditions is presented. This study allowed to recover 2% of the data collected available for physics analyses. This has a direct impact on the H -> ZZ* -> 4 l channel were the number of signal events expected is very low. In order to optimize the acceptance of the four electrons decay channel, novel electron reconstruction algorithms were introducted in 2012. The measurement of their efficiency is presented. The efficiency gain reaching 7% for low transverse energy electrons (15<E_T<20 GeV) is one of the main improvements in the H -> ZZ* -> 4 l analysis presented using the data recorded in 2012. The reducible background estimation methods in the channels containing electrons in the final state that were of primary importance after the discovery are detailed. Finally, the measurement of the new boson properties are presented based on the 2011 and the 2012 recorded data.