Axel Buchot soutient sa thèse

[**Recherche de résonance de haute masse avec les canaux multi-leptoniques et étude des performances temporelles du High Granularity Calorimeter de CMS*]

Cette thèse prend place à un moment charnière où l’ensemble des données collectées par l’expérience CMS lors du Run-2 du LHC sont disponibles et où la nouvelle génération de détecteurs visant à sonder encore plus loin nos connaissances de la physique sont en train d’être élaborés.
Dans cet esprit, cette thèse s’articule autour de deux problématiques, dont la première porte sur l’étude des performances d’un prototype du High Granular Calorimeter (HGCAL) de CMS. Celui-ci s’inscrit dans une vaste campagne d’améliorations à l’horizon de la future phase de vie du LHC, aussi appelé High-Luminosity LHC et qui devrait être mis en place en 2029. Son objectif est de générer dix fois plus de données que pendant l’ensemble de la première phase du LHC, et ceci dans le but de mesurer encore plus précisément les prédictions du Modèle Standard (MS) de la physique des particules, ainsi que d’étudier des phénomènes rares qui ne sont pas observables à l’heure actuelle. L’augmentation de la luminosité sera aussi associée à une importante hausse du nombre d’événements simultanés et de la dose de radiation que vont recevoir les détecteurs. Les détecteurs actuellement en place ne sont pas prévus pour fonctionner dans un tel environnement, et c’est pourquoi les calorimètres aux extrémités de CMS seront remplacés par HGCAL. Celui-ci sera le tout premier calorimètre imageur à base de capteurs en silicium à être utilisé. Pour déterminer sa faisabilité, un premier prototype a été construit et utilisé lors de tests sous faisceaux utilisant des positons et des pions ayant une énergie allant de 20 à 300 GeV. Dans cette thèse, l’accent sera mis sur l’étude des performances temporelles du prototype, en passant par les différentes étapes de la calibration et jusqu’au calcul de la résolution temporelle pour une unique cellule de HGCAL et pour l’ensemble d’une gerbe électromagnétique ou hadronique. Les résultats obtenus lors de cette thèse sont comparés à ceux issus de simulations Monte Carlo et le très bon accord entre les deux confirme la viabilité du concept de HGCAL.
La seconde problématique sur laquelle se penche cette thèse est la recherche de résonances à haute masse en utilisant le canal de désintégration, les canaux multi-leptoniques. Une telle recherche s’explique par le fait que le MS ne permet pas de décrire certains phénomènes, mais d’autres théories leur proposent une explication avec notamment l’ajout de nouveaux bosons. L’objectif d’une telle analyse est de regarder s’il existe une résonance ayant une masse comprise entre 200 GeV et 3 TeV pouvant correspondre à un nouveau type de boson scalaire. Pour cela, les 138 fb−1 de données collectées par l’expérience CMS lors du Run-2 sont utilisées dans le canal de désintégration H → ZZ → 4l. L’intérêt d’utiliser ce canal en particulier est qu’il correspond à l’un des modes de production dominant à haute masse et qu’il possède un état final pleinement reconstruit avec une excellente résolution et un bon rapport signal sur bruit. Cette thèse va tout d’abord présenter comment les différents objets constituants les événements d’intérêts sont reconstruits et sélectionnés. Ensuite, la construction d’un modèle de signal est faite de telle sorte que n’importe laquelle des combinaisons de paramètres de la résonance puissent être comparé aux données. Pour cela, cette modélisation comprend une partie décrivant le signal théorique et une autre qui prend en considération tous les effets du détecteur. Afin de savoir si les données expérimentales peuvent être décrites par le signal construit dans cette thèse, un test statistique est réalisé en maximisant une fonction de vraisemblance prenant en compte le signal, ainsi que les bruits de fond et les interférences entre les deux. En guise de résultats, les limites sur la section efficace du signal attendu, ont été calculées et permettent d’exclure ou non une région de masse dans laquelle peut se trouver une résonance de haute masse.