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Mesure de la masse du quark top dans les canaux en dileptons avec les données à 13 TeV de l’expérience ATLAS auprès du LHC

Equipe thématique « Masses et Interactions Fondamentales » ; expérience : ATLAS

Directeur de thèse : Frédéric Derue

tél : 01 44 27 47 03

e-mail : derue lpnhe.in2p3.fr

Co-directeur de thèse : Tristan Beau

tél : 01 44 27 41 94

e-mail : beau in2p3.fr

Titre : Mesure de la masse du quark top dans les canaux en dileptons avec les données à 13 TeV de l’expérience ATLAS auprès du LHC

Résumé : Le sujet de thèse porte sur la mesure de la masse du quark top, dans le mode de désintégration en dileptons avec les données de l’expérience ATLAS auprès du LHC. L’étudiant(e) travaillera sur l’ensemble des données prises lors du Run2 à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Il/elle travaillera au sein d’un groupe de travail dédié de la collaboration. L’accent sera mis sur la baisse des incertitudes systématiques à la fois par l’utilisation de différentes méthodes de mesure et par des études spécifiques sur la reconstruction des jets ou les phénomènes d’hadronisation des quarks b.

Contexte : ATLAS est l’une des expériences auprès du LHC, le collisionneur proton-proton du CERN dont la deuxième période de fonctionnement a débuté en 2015. Le groupe du LPNHE est composé de ving huit membres dont dix huit permanents. Le groupe s’appuie sur son expertise dans le domaine de la calorimétrie électromagnétique et de la trajectographie. Il a participé à la mise en place et à l’analyse des données prises lors des tests en faisceaux, dans la phase de compréhension du détecteur et aux analyses de données. Le groupe est maintenant impliqué dans la mise à niveau du détecteur à pixels pour la phase de très haute luminosité ainsi que sur la mise à disposition de moyens de calcul et de stockage pour la collaboration.

Le groupe participe à l’étude de la brisure de la symétrie électrofaible à travers les études sur le boson de Higgs, des mesures de précision du Modèle Standard et la recherche de nouvelle physique. En particulier, un groupe de cinq permanents et un post-doc travaille actuellement sur les mesures des propriétés du quark top et l’étude des jets de particules, en particulier à travers des mesures de section efficace de production de paires de quarks top et de mesure de la masse de cette particule.

Le quark top est le seul fermion élémentaire ayant une masse de l’ordre de l’échelle électrofaible. Il se trouve ainsi être un secteur privilégié pour l’étude de la brisure de la symétrie électrofaible. La masse du quark top est un des paramètres fondamentaux du Modèle Standard. Les corrections radiatives à la masse du top dépendent de la masse du boson W et de la masse du boson de Higgs. Elles sont aussi sensibles aux prédictions sur la stabilité de l’Univers. Il est donc important de pouvoir comparer avec une grande précision ces différentes mesures de masse afin de pouvoir mettre en évidence de possibles effets non prévus par le Modèle Standard.

Sujet : Le sujet de thèse porte sur la mesure de la masse du quark top dans le mode de désintégration en dileptons. L’étudiant(e) travaillera sur l’ensemble des données prises lors du Run2 du LHC à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV.

En tout début de thèse l’étudiant(e) aura à sa disposition le lot de données accumulées en 2015, avec un nombre d’événements top-antitop environ la moitié de ce qui a été accumulé lors du Run1. La précision de l’analyse n’étant pas limitée pat la statistique une première mesure sera déjà possible. Elle pourra s’effectuer avec la méthode dite des patrons (« templates ») qui est basée sur la comparaison entre les données et les simulations d’observables sensibles à la masse du quark top. Cette méthode est rapide à mettre en oeuvre et pourra l’être dès le début de thèse. Ensuite, l’ensemble des données accumulées lors du Run2 sera analysé, avec un lot d’événements top-antitop près de vingt fois supérieur à celui accumulé durant le Run 1. Pour l’analyse de ce lot de données l’enjeu sera d’abaisser autant que possible les incertitudes systématiques. D’une part des études études sur l’étalonnage en énergie des jets ou des études sur l’hadronisation des jets seront envisagées, et pourront faire partie des études techniques à effectuer en première année de thèse pour devenir auteur des publications de la collaboration. D’autre part d’autres méthodes de mesures pourront etre utilisées comme celle des éléments de matrice. Celle-ci est potentiellement plus précise mais nécessitera en particulier la comparaison de ses performances en terme de puissance de calcul sur différentes ressources informatiques comme la grille de calcul, un supercalculateur et des processeurs de type GPU/Phi.

Outre la nécessaire phase de compréhension du détecteur pour définir au mieux les fonctions de résolution, les différentes étapes de l’analyse devront être mises en oeuvre :

  • la sélection des événements basée sur l’identification et la reconstruction des leptons et des jets et l’étude des différents bruits de fond ;
  • la mesure de la masse du quark top avec différentes méthodes ; ce travail s’effectuant au sein d’un groupe de travail dédié de la collaboration ATLAS.
  • la quantification des erreurs systématiques en évaluant les impacts de la radiation de l’état initial et final, des fonctions de densité des partons et de l’échelle d’énergie des jets.

Finalement, afin de tenir compte des opportunités qui pourraient se présenter ou des difficultés qui pourraient apparaître, de nombreuses orientations sur le thème de la physique du quark top restent possibles et ouvertes.

Stage de M2 : Un stage de M2 est prévu. Il portera sur l’analyse du lot d’événement enregistré en 2015, soit à peu près la moitié du lot accumulé lors de l’ensemble du Run1. En particulier, l’étudiant(e) travaillera sur la sélection des événements top-antitop dans les canaux en dileptons. Une première mesure de la masse du quark top avec ce lot de données pourra être effectuée.

Lieu de travail : LPNHE - Paris

Déplacements éventuels : CERN Genève

Documentation :

Contact :

Ecole doctorale de rattachement :
Ecole doctorale Sciences de la Terre et de l’Environnement et Physique de l’Univers

Lien sur les offres de thèse et candidature : http://ed109.ipgp.fr/index.php/Offres_de_th%C3%A8se

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