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La physique de l’infiniment grand l’infiniment petit

Chiara Amendola soutient sa thèse

6 octobre 2019

Déclenchement pour la production de bosons de Higgs par fusion de boson vecteurs et recherche de productions de paires de bosons de Higgs se désintégrant en bbττ

Le jeudi 28 novembre 2019 à 14h00 dans l’amphi Becquerel de l’École polytechnique
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Résumé
Cette thèse présente une recherche d’événements avec paires de bosons de Higgs (HH) en collisions proton-proton à 13 TeV, fournies par le Large Hadron Collider, au sein de l’expérience CMS (Compact Muon Solenoid) du CERN (Genève). L’étude de la production de paires de bosons de Higgs permet la mesure de la constante d’auto-couplage trilinéaire. En plus, la production HH par fusion de bosons vecteurs (Vector Boson Fusion ou VBF) donne accès à la mesure de la constante de couplage entre deux bosons de Higgs et deux bosons vecteurs. La valeur de ces deux paramètres est particulièrement sensible à l’existence de physique au-delà du Modèle Standard : même des faibles variations par rapport aux valeurs des couplages prévus par la théorie peuvent induire un changement important de la section efficace. Cette thèse cible le cas où un des bosons de Higgs se désintègre dans deux leptons tau et l’autre dans deux jets de particules engendrés par des quarks de type beau : cet état final permet de conjuguer une statistique importante garantie par la désintégration en quarks et la pureté de la désintégration en leptons tau.Retour ligne automatique
Cependant, la production de HH au LHC est un processus très rare. La production par le mécanisme principal, de fusion de gluon, a une section efficace d’environ 30 fb, suivi par le processus de VBF, lequel est environ 10 fois moins probable. Ainsi, optimiser l’efficacité de la sélection du signal est essentiel. Par conséquent, la première partie du travail de thèse a été dédiée à l’étude d’algorithmes pour le premier niveau du système de déclenchement de CMS, en implémentant des sélections similaires à celles qui sont appliquées au niveau de l’analyse finale, et un algorithme dédié au processus VBF a été mis au point en ciblant des possibles améliorations pour la recherche d’événements HHbbtt. Sa topologie, caractérisée par la présence de deux jets reconstruits dans des régions opposées du détecteur, est un levier puissant pour le distinguer des autres processus. L’algorithme sélectionne les événements en exploitant les propriétés cinématiques des jets, indépendamment des caractéristiques de la désintégration du boson de Higgs : d’ailleurs, utilisé en complément des algorithmes classiques, ciblant les produits de désintégration du boson de Higgs, l’algorithme VBF permet d’étendre la couverture de l’espace des phases de manière significative. Il s’agit du premier algorithme VBF pour le système de déclanchement et il a été inclus dans la prise de données à partir de l’été 2017. D’ailleurs, les données ainsi sélectionnées sont accessibles pour les recherches du boson de Higgs en cours. Retour ligne automatique
La suite du travail de thèse a été consacrée à l’analyse d’événements HH->bbtautau avec les données collectées en 2017. L’extraction du signal depuis les données requiert une bonne connaissance des bruits de fond, dont les principaux sont la production de paires de quarks top qui est irréductible dans la mesure où il produit une paire de quark b et une paire de leptons taus ; le bruit de fond d’événements multi-jet génériques, où les jets peuvent être identifiés à tort comme leptons taus ; et le bruit de fond de Z → ττ où des jets additionnels peuvent être identifiés comme des jets de b. Ce dernier bruit de fond a été étudié en détail pour en améliorer la modélisation. En plus de l’étude inclusive des événements de type HH→bbττ, une catégorie d’événements dédiée à la production par VBF a été incluse, conçue à partir de l’espace des phases couvert par l’algorithme VBF du système de déclanchement et de la topologie typique du processus, en utilisant aussi des techniques d’apprentissage automatique. L’introduction de telle catégorie est la première mesure dédiée à ce mécanisme de production dans le cadre des analyses de HH→bbττ Ces améliorations et les interprétations additionnelles sont très importantes pour la collaboration CMS et ils seront inclus dans la publication relative aux données collectées pendant le Run 2.

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