Contributions à une première mesure de la masse du boson W dans le canal électronique auprès du détecteur ATLAS

Contributions to a first measurement of the W-boson mass in the electron channel with the ATLAS detector

• Auteur / Autrice : Rémie Hanna
• Direction : Maarten Boonekamp
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 29/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Noyaux, Cosmos (Paris ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de physique des particules (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Reza Ansari Foumani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maarten Boonekamp, Mohammed Reza Ansari Foumani, Fabio Cossutti, Manuella Vincter, Alessandro Vicini, Louis Fayard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabio Cossutti, Manuella Vincter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calorimètres électromagnétiques

Masse (physique) -- Mesure

Grand collisionneur de hadrons

Mots clés libres

LHC

ATLAS

Masse du boson W

Incertitude

Calorimètre électromagnétique

LHC

ATLAS

W boson mass

Uncertainty

Electromagnetic Calorimeter

Résumé

Dans ce document, je présente mes contributions à une première mesure de la masse du boson W au LHC, exploitant 4.7 fb⁻¹ de données à 7 TeV, collectées en 2011. Je me concentre surtout sur le canal électronique, W → eν. Dans la première partie, j’aborde des études de performance du calorimètre électromagnétique d’ATLAS, proposant une méthode innovante de correction des profils latéraux de dépôt d'énergie des électrons. Des études de différentes versions de Geant4 sont également abordées. Dans la deuxième partie, je détaille mes contributions après avoir introduit la méthode globale de mesure de la masse du boson W adoptée par ATLAS : je présente dans un premier temps le calcul d’incertitudes systématiques introduites par la modélisation des gerbes de partons dans Pythia8, et une optimisation de l’intervalle d’ajustement en utilisant l’impulsion transverse du lepton, dans le but de réduire les incertitudes correspondantes. Dans un deuxième temps, je présente une estimation de bruit de fond provenant de jets de partons, dans le canal W → eν, en développant une méthode basée sur les données, ainsi que les résultats correspondants, en termes de nombre d’événements et de fractions par rapport aux données. Les incertitudes sur la masse du W provenant de cette méthode sont aussi détaillées. Enfin, un état de l’art de l’analyse est montré, en détaillant les incertitudes dans le canal électronique, en fonction de la pseudo-rapidité et du bruit d’empilement.

In this document, I present my contributions to a first measurement of the W-mass in the LHC using 4.7 fb⁻¹ of 7 TeV data, taken in 2011. I focus on the electron decay channel, W → eν. In the first part, I discuss a study regarding the performance of the electromagnetic calorimeter of the ATLAS detector, presenting a novel method to correct the lateral profiles of electron energy deposit, along with various studies of the different Geant4 physics lists versions. In the second part, I introduce the global methodology for the W-mass measurement used in ATLAS, and discuss my contributions in details. I show in a first step the assessment of uncertainties coming from the parton shower modeling in Pythia8, and the optimization of the lepton's transverse momentum fitting range in order to reduce the systematic uncertainty. In a second step, I present an elaborate data-driven method for the estimation of the multijet background in the W → eν channel, as well as the corresponding results in terms of event yields and fractions with respect to the signal data. The corresponding uncertainties on the W-mass are also shown. Finally, I show the state of the art of the analysis, by gathering the full breakdown of the uncertainties, in bins of pseudorapidity and average pileup.