Elena Vernazza soutient sa thèse

le mardi 3 décembre 2024 à 9h30 dans l’amphi Becquerel de l’École polytechnique.

Caractérisation de la puce électronique de lecture HGCROC3 pour le futur HGCAL, techniques de calibration innovantes pour le système de déclenchement et étude des processus ZZ/ZH→ZHbbττ avec le détecteur CMS au LHC

Cette thèse présente l’étude de la production de deux bosons Z (ZZ) et d’un boson Z en association avec un boson de Higgs (ZH) dans l’état final avec deux quarks b et deux leptons τ (bbττ), en utilisant les données de collisions proton-proton enregistrées à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Le jeu de données analysé correspond à une luminosité de 137 fb-1 collectée pendant le Run II (2016-2018) par l’expérience CMS au LHC. La production non résonante ZZ/ZH, comme prédite par le Modèle Standard (SM), est déjà théoriquement et expérimentalement bien établie dans les canaux leptoniques à haute résolution. Grâce à la forte similitude dans la signature expérimentale, les processus SM ZZ/ZH dans le canal bbττ servent de validation pour la stratégie d’analyse utilisée dans la recherche de la production de paires de bosons de Higgs (HH) dans le même état final. Les limites supérieures attendues au niveau de confiance de 95% sont de 1.8 et 3.6 fois la prédiction du SM pour la production de ZZ et ZH, respectivement. La recherche résonante ZZ/ZH est motivée par de nombreuses théories au-delà du SM (BSM), prédisant la présence de particules de spin-0 ou spin-1 de haute masse pouvant se désintégrer en ZZ/ZH. Différentes hypothèses de masse sont étudiées, allant de 200 GeV à 4 TeV et des limites supérieures sur la section efficace des résonances sont extraites pour chaque hypothèse de masse et de spin.
La prise de données du Run III (2022-2025) est actuellement en cours et présente des opportunités pour améliorer la détection des particules. En effectuant une sélection en temps réel des événements intéressants, le système de déclenchement de Niveau-1 (L1) joue un rôle fondamental dans la détection des événements. Cette thèse propose une méthode innovante de calibration par apprentissage automatique (ML) pour les Primitives de Déclenchement du calorimètre, les constituants de base des objets du Niveau-1. La calibration basée sur le ML produit une amélioration de la résolution en énergie et de l’efficacité de sélection, offrant une approche prometteuse pour différents contextes en calorimétrie.
Après le Run III, le LHC subira une mise à niveau majeure vers le LHC à haute luminosité (HL-LHC), ouvrant de nouveaux horizons pour les découvertes et la physique de précision. Afin de maintenir ses performances exceptionnelles, la Collaboration CMS prévoit une série de mises à niveau des sous-détecteurs, incluant un remplacement des calorimètres aux extrémités avec le Calorimètre à Haute Granularité (HGCAL). Cette thèse se concentre sur la puce de lecture du HGCAL (HGCROC3), conçue pour lire les six millions de canaux du futur détecteur. La puce devra satisfaire à des spécifications ambitieuses en termes de bruit et de précision sur la mesure de la charge et du temps, et devra aussi être très tolérante aux radiations. Les tests approfondis sur banc d’essai, ainsi que les campagnes d’irradiation avec des rayons X, des ions lourds et des protons, ont démontré des performances robustes, tout en mettant en évidence des vulnérabilités dans la conception. Ces résultats ont conduit au développement d’une version améliorée de la puce, garantissant un fonctionnement fiable au HL-LHC.