Jonas Rembser soutient sa thèse

Cette thèse présente la mesure de la production de trois bosons de jauge massifs dans des collisions entre protons à 13 TeV avec l’expérience CMS auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN. Le travail de cette thèse se concentre sur la production de deux bosons W et d’un boson Z (WWZ), où les trois bosons se désintègrent en électrons ou en muons. Ce processus a un bruit de fond réductible relativement faible car le boson Z est entièrement reconstruit, et une section efficace plus élevée que les processus avec plusieurs bosons Z. L’analyse couvre 137 femtobarns inverses de données enregistrées pendant la deuxième phase d’exploitation du LHC (2015 - 2018).

La production de trois bosons de jauge massifs est un phénomène qui n’a pas encore été observé, mais elle est prédit par le modèle standard de la physique des particules. Ces mesures sont donc un test du modèle standard et un défis de sensibilité. Ce processus est sensible aux couplages de jauge trilinéaire et quartiques, qui pourraient être modifiés par la physique au-delà du Modèle Standard. En outre, la production de tribosons est un bruit de fond de plus en plus important pour les recherches directes de nouvelles physiques et les mesures de précision du modèle standard.

Les couplages de jauge trilinéaires sont également accessibles dans le processus diboson, mais le sondage des couplages quartiques nécessite la mesure de la diffusion de bosons massifs (VBS) ou de la production de tribosons. Le processus VBS isole bien les auto-couplages des bosons massifs, mais la production de triboson est dominée par des diagrammes sans aucun auto-couplage. Cependant, cela joue un rôle mineur dans les recherches de nouvelles physiques aux échelles d’énergie au-delà de l’échelle électrofaible, où la production de tribosons a l’avantage de sonder un état final plus massif.

L’analyse présentée dans cette thèse établit la production WWZ avec une signification statistique de 3.35 écarts-types, qui est réduit à 1.31 écarts-types si les bosons sont non-virtuels. Combinée avec d’autres analyses couvrant les autres états finals de tribosons, cette mesure a contribué à une observation d’une signification statistique de 5.67 écarts-types de la production de trois bosons de jauge massifs (2.90 écarts-types pour les bosons non-virtuels). Les résultats sont en accord avec les prédictions du modèle standard. De même, cette thèse présente des études sur la sensibilité du processus WWZ aux couplages de jauge quartiques anormaux dans le cadre d’une théorie effective des champs.

Comme la production de triboson est un processus rare, sa détection requiert une bonne efficacité d’identification des électrons et des muons. Parmi ces deux types de leptons, les électrons sont les plus difficiles à mesurer. Par conséquent, ce travail de thèse inclut une amélioration rigoureuse de la sélection d’électrons multivariée basée sur l’algorithme Boosted Decision Tree (BDT), utilisé dans le cadre de la collaboration CMS depuis la première période d’exploitation du LHC. Cette optimisation permet ainsi de conserver une identification des électrons très performante dans la deuxième période malgré le fait que le nombre d’interactions proton-proton par croisement de faisceaux de particules a considérablement augmenté. L’algorithme d’identification d’électrons multivariée développé dans cette thèse est désormais devenu l’algorithme standard dans les analyses de CMS pour toutes les données de la deuxième phase du LHC.