Recherche d'un nouveau boson massif W' se désintégrant en un quark top et un quark b avec le détecteur ATLAS au LHC

Search for W' boson decaying to a top quark and a bottom quark with the ATLAS detector at LHC

• Auteur / Autrice : Emery Nibigira
• Direction : Julien Donini, Romain Madar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Particules, Interactions, Univers
• Date : Soutenance le 21/11/2019
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique de Clermont
• Jury : Président / Présidente : Lucia Di Ciaccio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérémy Andrea
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabine Crépé-Renaudin, Lorenzo Feligioni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expérience ATLAS

Grand collisionneur de hadrons

Mots clés libres

Modèle Standard

LHC

ATLAS

TileCal

FATALIC

HL-LHC

Bosons W'

Électron

Muon

Jets

Standard Model

LHC

ATLAS

TileCal

FATALIC

HL-LHC

W' bosons

Electron

Muon

Jets

Résumé

Le principal sujet de cette thèse porte sur la recherche d'un boson d'interaction chargé, noté W', se désintégrant en un quark top et un quark b dans un état final avec un lepton chargé, un neutrino et deux quarks b. Cette recherche est effectuée avec les données de collision proton-proton, produites par le LHC à une énergie au centre de masse de √13=TeV collectées avec le détecteur ATLAS, correspondant à une luminosité intégrée de 36.1 fb⁻¹. L'analyse des données couvre une gamme de masse allant de 0.5 à 5.0 TeV pour des bosons W' se couplant à des fermions de chiralité droite, les bosons W'_R. Les résultats obtenus montrent un bon accord entre les données observées et les bruits de fond estimés et ne permettent donc pas de déceler l'existence d'un boson W'. Des limites d'exclusion sont placées sur la section efficace σ(pp→W') multipliée par le taux d'embranchement B(W'→t ̄b) et sur le couplage effectif du boson W' aux fermions en fonction de sa masse. Pour un couplage effectif égal à la constante de couplage du Modèle Standard, les bosons W'_R avec des masses inférieures à 3.15 TeV sont exclus à 95% de niveau de confiance. Cette recherche est également combinée avec un résultat précédemment publié par ATLAS pour un boson W'→t ̄b dans l'état final hadronique. En utilisant les recherches combinées, les bosons W'_R avec des masses inférieures à 3.25 TeV sont exclus. Cette thèse décrit également le travail effectué pour intégrer dans le code de simulation d'ATLAS le traitement de signal effectué par une carte électronique appelée FATALIC. FATALIC a été conçue et développée au Laboratoire de Physique de Clermont-Ferrand (LPC) pour la lecture des signaux du calorimètre hadronique (TileCal) pour la future phase d'exploitation du LHC à haute luminosité appelée HL-LHC. En tenant compte du bruit de l'électronique attendu, les performances obtenues sur la mesure de l'énergie sont présentées pour deux positions dans le calorimètre et pour différentes valeurs du bruit d'empilement. calorimètre lorsque l'empilement passe de 30 à 200.

The main goal of this thesis is the search for new charged massive gauge bosons, W', that decay to a top quark and a bottom quark leading to a final state with a charged lepton, neutrino, and two b quarks. The search is performed with the ATLAS detector at the LHC using data collected in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of √13=TeV and corresponding to an integrated luminosity of 36.1 fb⁻¹. This analysis covers resonance masses between 0.5 and 5.0 TeV and considers right-handed W' bosons, W'_R. No significant deviation from the Standard Model expectation is observed and upper limits are set on the W′→t ̄b cross section times branching ratio and the W' boson effective couplings as a function of the W' boson mass. W'_R bosons with coupling equal to the Standard Model weak coupling constant. Masses below 3.15 TeV are excluded at the 95% confidence level. This search is also combined with that for W'→t ̄b in the fully hadronic final state. Using the combined searches, right-handed W' bosons with masses below 3.25 TeV are excluded at the 95% confidence level. This thesis includes also the work carried out to integrate into the ATLAS simulation code the signal processing of the hadronic Calorimeter (TileCal) front-end readout called FATALIC. FATALIC was developed at Laboratoire de Physique de Clermont-Ferrand (LPC) and proposed for the High Luminosity (HL) phase LHC upgrade. Taking into account the expected electronic noise, the performances obtained on the energy measurement are presented for two relevant cells and for different values of pileup noise.