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Recherche du boson de Higgs en deux photons dans ATLAS

Responsable : Bertrand Laforge

tél : 01 44 27 22 33

e-mail : bertrand.laforge lpnhe.in2p3.fr

L’expérience ATLAS est installée sur le nouveau grand collisionneur de protons (LHC) du CERN à Genève qui démarre cette année les premières collisions de protons à 7 TeV et à une luminosité réduite. Après une campagne de prise de données à cette énergie, il est prévu que la machine passera à des collisions à 14 TeV en 2011 avec une luminosité intégrée bien plus importante ce qui permettra d’aborder le cœur du programme de recherche de nouvelle physique au LHC. ATLAS explorera un domaine d’énergie encore inconnu et devrait permettre en particulier de comprendre l’origine des masses des particules élémentaires. Le domaine en énergie couvert amènera soit à la découverte du boson de Higgs, soit à une remise en cause profonde du Modèle Standard.

Notre équipe a été particulièrement impliquée dans la construction du calorimètre électromagnétique d’ATLAS et est active dans l’identification et la mesure des caractéristiques des photons et des électrons.

Le sujet de thèse proposé porte sur l’étude de la brisure de symétrie électrofaible et plus particulièrement sur la recherche du boson de Higgs dans le canal H \rightarrow \gamma \gamma qui est l’un des canaux privilégiés pour rechercher un boson de Higgs léger (de masse comprise entre 115 et 150 GeV) au LHC dont l’existence semble favorisé par l’ensemble des données électrofaibles.

Si le rapport d’embranchement du Higgs en deux photons est très faible (quelques ‰ des désintégrations du boson de Higgs), l’état final constitué de 2 particules électromagnétiques permet néanmoins de reconstruire avec une grande précision le pic de masse du boson de Higgs au dessus d’un bruit de fond tant instrumental (mauvaise indentification de jets en photon) que physique (production de 2 photons par des processus standards) important, rendant cette mesure difficile mais absolument déterminante pour rechercher le boson de Higgs s’il est léger.

Déroulement de la thèse :

Le plan de travail de la thèse se décompose en deux parties alliant tant compréhension des performances du détecteur que travail d’analyse de données.

La première partie concerne un travail tourné vers le détecteur ATLAS et son système de déclenchement dont les performances seront déterminantes dans la recherche du boson de Higgs du fait du très grand nombre d’événements de bruit de fond produits par interaction forte entre les constituants des protons. En particulier, le travail portera sur l’étude de la calibration en temps du calorimètre électromagnétique et sur l’impact que les performances obtenues auront sur la réjection du bruit de fond expérimental et sur la recherche du boson de Higgs. En particulier, les résultats obtenus seront alors exploités afin d’améliorer les performances du système de déclenchement de niveau 2 ce qui devrait permettre d’augmenter le nombre de boson de Higgs récoltés par le système d’acquisition.

La seconde partie du travail consistera à analyser les données collectées en 2011-2012 dans ATLAS en connexion avec les phénoménologues de la brisure de symétrie électrofaible. Dans la recherche des désintégrations du Higgs en deux photons, le calorimètre électromagnétique jouera un rôle fondamental. Le groupe du LPNHE possède une grande expérience dans la reconstruction et l’identification des particules dans les différents sous-détecteurs et constitue un environnement de travail adapté à la prise en charge d’un doctorant sur la thématique proposée.

Une partie importante du travail consistera à estimer les fonds QCD sur la base des données du LHC elles-mêmes en tentant d’améliorer les méthodes actuellement étudiées. L’étudiant participera aux réunions de la collaboration et présentera régulièrement ses travaux au sein du groupe de recherche du boson de Higgs d’ATLAS.

L’étudiant aura l’opportunité de participer aux prises de données du plus grand accélérateur jamais mis en activité pour la physique des hautes énergies. Outre la prise de données, la compréhension du fonctionnement des détecteurs et de la reconstruction combinée de ceux-ci sera un point important du début de thèse. En particulier l’étudiant développera et testera des algorithmes de reconstruction des photons, d’indentification et de réjections des jets, et des études sur l’étalonnage de la reconstruction de l’énergie et du temps d’arrivée dans le détecteur de ces particules. L’étudiant participera à la production des données simulées nécessaires aux études de performances de la reconstruction des photons, de la réjection des jets ainsi qu’à la recherche du boson de Higgs. Ces productions s’effectueront en utilisant les outils de production de la grille de calcul.

Stage de pré-thèse :

Un stage de pré-thèse au sein du groupe d’accueil est demandé. La période et la durée de celui-ci dépend du Master-2 dont provient l’étudiant.

Collaboration : ATLAS

Lieu de travail : LPNHE - Paris

Déplacements : missions régulières au CERN à Genève

Documentation : http://lpnhe-atlas.in2p3.fr/Atlas/index.html

Contact : Bertrand Laforge, 01 44 27 22 33 ou bertrand.laforge lpnhe.in2p3.fr

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