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La physique de l’infiniment grand l’infiniment petit

Alexandre Hakimi soutient sa thèse

22 novembre 2022

le mercredi 14 décembre dans l’amphi Becquerel à 13h30


Recherche de la diffusion de boson vecteur dans le canal ZV semi-leptonique au LHC avec le détecteur CMS et études sur la classification de gerbes électromagnétiques pour le future système de déclenchement de CMS


Les processus de de diffusion de boson vecteur (VBS) sont particulièrement intéressants à étudier car intimement liés au mécanisme de brisure spontanée de symétrie électrofaible. Ils offrent également un accès direct aux couplages triple et quadratique entre bosons vecteurs, pour lesquels d’éventuels écarts aux prédictions du modèle standard pourraient indiquer la présence de nouvelle physique.
Lors de cette soutenance je présenterai la recherche du canal VBS ZV semi-leptonique où un boson Z se désintègre en une paire de leptons et un boson W ou Z se désintègre hadroniquement. Le travail d’analyse comprend la définition d’un espace des phases enrichi en signal et minimisant le bruit de fond, en se basant sur la signature caractéristique des événements VBS au LHC. Pour maximiser la sensibilité à ce processus rare, différentes catégories sont établies en fonction de la topologie des jets issus de la désintégration hadronique du boson Z ou W, ainsi que de la présence ou non de jets issus de quark b dans l’événement. L’extraction du signal requiert une bonne connaissance des bruits de fond pouvant reproduire le même état final, ainsi que leur modélisation précise. Des corrections sont appliquées pour tenir compte des divergences entre les simulation et les données réelles, et une procédure de correction des distributions basée sur les données est mise en place. Une optimisation de réseaux de neurones combinant les variables les plus discriminantes pour isoler le signal est réalisée. La procédure statistique utilisée pour réaliser l’observation du canal VBS, tenant compte des diverses sources d’incertitudes, fournit une puissance statistique attendue de 1.9 σ.
Les données récoltées à ce jour par CMS ne sont donc pas suffisantes pour confirmer l’observation de phénomènes rares comme certains canaux VBS. C’est pourquoi le CERN prévoit pour la fin de la décennie une phase à plus haute luminosité (HL-LHC), fournissant en une dizaine d’années un jeu de données dix fois plus grand. Cette amélioration permettra une sensibilité accrue aux phénomènes de physique rares, ainsi qu’une meilleure précision des mesures réalisées, mais provoquera aussi une augmentation des radiations reçues par les détecteurs et un taux d’empilement plus élevé. Une mise à niveau des détecteurs est donc requise pour faire face à ces nouveaux défis. La collaboration CMS prévoit notamment de remplacer les calorimètres des bouchons par un calorimètre hautement granulaire (HGCAL) résistant aux radiations. Les informations du HGCAL seront notamment utilisées pour le nouveau système de déclenchement de niveau 1 (L1T) de CMS.
Je présenterai les travaux réalisés pendant ma thèse portant sur l’optimisation de ces primitives de déclenchement pour l’identification de gerbes électromagnétiques. Les contraintes dues à l’architecture du détecteur sont prises en compte dans une procédure d’optimisation multi-objectifs. En particulier les algorithmes d’apprentissage machine ne doivent pas utiliser trop de ressources des cartes FPGA sur lesquelles ils sont implémentés, et la taille des données communiquées par le HGCAL doit être limitée pour ne pas excéder la bande passante vers le L1T. Les résultats montrent la possibilité de conserver des performances d’identification adéquates tout en satisfaisant ces limites imposées sur le système.

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