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La physique de l’infiniment grand l’infiniment petit

Duje Giljanovic soutient sa thèse

23 novembre 2022

le vendredi 9 décembre 2022 dans l’amphi Cauchy à 13h00.


Étude de la diffusion de bosons de jauges dans les événements à 4 leptons et 2 jets avec le détecteur CMS au LHC


L’étude de la diffusion de bosons de jauge (VBS) est déterminante pour la compréhension de la brisure de la symétrie électrofaible (EWSB) et fournit un moyen complémentaire pour mesurer les couplages du boson de Higgs aux bosons vecteurs. De plus, dans le cadre des théories de champs effectives (EFT), on peut sonder la physique au-delà du modèle standard à travers des modifications de certains couplages quartiques. Cette thèse présente la première indication, avec le détecteur CMS, d’une production électrofaible (EW) d’une paire de bosons Z se désintégrant de façon leptonique et accompagné par deux jets hadroniques dans une topologie VBS. L’étude analyse 137fb-1 de collisions proton-proton produites au grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN à une énergie de 13 TeV dans le centre de masse. Une étude prospective pour la diffusion longitudinale est aussi présentée dans le même canal au HL-LHC et au HE-LHC, correspondant à des énergies de 14 et 27 TeV dans le centre de masse respectivement, avec une simulation complète de la cinématique des événements.

Bien que ce canal soit caractérisé par un état final complètement reconstructible, la faible section efficace du signal EW comparativement au bruit de fond induit par la production QCD le rend difficile à mesurer. Une identification efficace des leptons est essentielle puisque l’efficacité de leur mesure entre à la puissance 4 dans l’analyse. La mesure de l‘efficacité de sélection des électrons et l’obtention de facteurs correctifs pour les périodes de prises de données 2016, 2017 et 2018 a été réalisée. L’identification des électrons (ID) est faite dans CMS au moyen d’une méthode multivariée, avec le logiciel ExtremeGradient Boost, et les variables d’isolation sont incluses dans l’entrainement. Les incertitudes dur les efficacités et les facteurs correctifs sont réduites et une attention spéciale est portée à basse impulsion transverse.

Le signal EW est extrait a 13 TeV avec une approche d’éléments de matrice (MELA) et la performance obtenue est vérifiée avec une classificateur basé sur des arbres de décision boostés (BDT). La production EW de deux jets en association avec deux bosons Z est mesurée avec une significance observée (attendue) de 4.0 (3.5) déviations standards. La section efficace est mesurée dans trois régions fiducielles et est 〖0.33〗_(-0.10)^(+0.11) (stat)_(-0.03)^(+0.04) (syst)fb dans la région la plus inclusive, en accord avec la prédiction du SM de 0.275±0.021 fb. Des limites sur les couplages anormaux sont établies en termes des opérateurs effectifs T0, T1, T2, T8, et T9.

Deux approches multivariées sont utilisées pour l’extraction de la composante longitudinale des bosons Z au HL- et au HE-LHC. Un premier BDT est entrainé pour séparer le signal Z_L Z_L du mélange des composantes Z_L Z_T, Z_T Z_T et des bruits de fond QCD. De plus, une approche plus complexe, le 2D BDT, est mise en oeuvre pour augmenter la sensibilité. Deux BDTS sont entrainés simultanément pour séparer le signal Z_L Z_L des bruits de fonds QCD et pour séparer le signal Z_L Z_L du mélange Z_L Z_T, Z_T Z_T. L’effet sur la significance du signal d’une augmentation de l’acceptance de |η|=3 à |η|=4 est également étudié. Avec une acceptance étendue, la composante longitudinale est mesurée avec une significance attendue de 1.4 déviations standards à 14 TeV. Une observation de la diffusion longitudinale dans le canal ZZ est attendue à 27 TeV avec une significance de 5.4 sigmas. Néanmoins, ce résultat est obtenu avec l’extension de l’acceptance des électrons. Cette étude montre un bénéfice substantiel d’une augmentation en énergie du LHC pour la compréhension du secteur EW du modèle staandard.

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