Partenaires

CNRS IN2P3
UPMC
UPD
UPMC


Rechercher

Sur ce site

Sur le Web du CNRS


Accueil du site > Thèses, Stages, Formation et Enseignement > Propositions de thèses antérieures > Propositions de thèses 2013 > Etude des propriétés du boson de Higgs au LHC dans les désintégrations en deux quark b

Etude des propriétés du boson de Higgs au LHC dans les désintégrations en deux quark b

Equipe thématique « Masses et Intéractions Fondamentale » ; expérience : Atlas

Directeur de thèse : Giovanni Calderini

tél : 01 44 27 23 25

e-mail : giovanni.calderini lpnhe.in2p3.fr

Titre : Etude des propriétés du boson de Higgs au LHC dans les désintégrations en deux quark b et importance de l’amélioration du trajectographe de l’expérience ATLAS pour cette analyse

L’expérience ATLAS est installée sur le grand collisionneur de protons (LHC) du CERN à Genève. Après une première phase de prise des données à 7 TeV d’énergie dans le centre de masse en 2011, ATLAS est en train, en 2012, d’accumuler des données à 8 TeV. Il est prévu ensuite que la machine passera à des collisions à 14 TeV avec une luminosité intégrée bien plus importante, ce qui permettra d’aborder le cœur du programme de recherche de nouvelle physique au LHC.

L’analyse des données recueillies en 2011 et dans le premier semestre de 2012 a conduit à la découverte par ATLAS et CMS, dans le cadre de la recherche du boson de Higgs du modèle standard, d’une nouvelle particule de masse 125 GeV. À cette masse, plusieurs canaux de désintégration du boson de Higgs standard produisent des états finals qui peuvent être reconstruits par ATLAS : deux photons, deux quark b, paires de tau, quatre leptons. Il est fondamental de comparer les rapports d’embranchement de cette nouvelle particule dans les différents canaux afin de vérifier l’hypothèse que ses couplages sont proportionnels aux masses des fermions produits.

Le canal de désintégration avec le plus grand rapport d’embranchement, proche de 100%, d’un boson de Higgs standard avec une masse de 125 GeV, est la désintégration en paires de quarks b. L’identification inclusive de ce canal au LHC est très difficile en raison de l’énorme bruit de fond généré par les processus QCD. Toutefois, ces désintégrations peuvent être identifiées quand on regarde des processus spécifiques de production du Higgs ayant des signatures expérimentales plus propres.

L’un des ingrédients clés pour l’identification dans ATLAS des jets de particules générés par de quarks b est le détecteur de traces, qui permet d’identifier avec une excellente précision les vertex secondaires dus aux désintégration des quarks b.

Un programme d’amélioration du système de reconstruction des traces d’ATLAS est en cours, afin de lui conserver sa grande efficacité, même à la luminosité très élevée qui sera atteint par le LHC à la fin de la décennie.

Le plan de travail de la thèse se décompose en deux parties alliant un travail d’analyse de données et un travail sur l’amélioration du détecteur de traces, en particulier le détecteur à pixel sur lequel le groupe ATLAS du LPNHE travaille depuis plusieurs années.

La première partie consistera en un travail initial fondé sur ​​les données déjà recueillies en 2010-2012 et utilisant des simulations ATLAS avec des énergies plus élevées, afin de définir un cadre d’analyse complété par l’ajout des données à 14 TeV recueillies après 2014. Les stratégies de réduction du bruit de fond et d’évaluation in situ de l’efficacité de reconstruction des jets de b seront revues, en mettant l’accent sur les données accumulées à haute énergie. Puisque le fond QCD est de plusieurs ordres de grandeur plus élevé que le signal, on recherchera les topologies de production les plus propres, ainsi que les critères de sélection fournissant la meilleure séparation entre signal et fond dans les modes considérés.

Des phases d’améliorations sont prévues d’ici à 2021 en vue d’une exploitation à haute luminosité visant à accumuler 3000 fb-1. Le taux de collisions sans précédent place des contraintes sur le détecteur de traces, en termes de tenue aux radiations, ainsi qu’en termes de résolution spatiale afin de préserver la capacité à distinguer les traces proches. Ces améliorations commenceront par l’insertion d’une couche interne de capteurs à pixels en silicium au plus près des faisceaux (Insertable B-layer, IBL), prévue en 2013, et continuera par le remplacement de tout le détecteur à pixels. Une activité de R&D sur le nouveau détecteur à pixels est donc envisagée, pour la conception de capteurs capables de résister à des flux intégrés supérieurs à 1016 neutrons équivalents par cm2, avec une taille de pixel réduite afin de limiter le taux d’occupation. Des études pour optimiser aussi la géométrie du système et pour optimiser les algorithmes de b-tagging afin d’augmenter le rapport signal/bruit-de-fond dans le canal H→bbar seront donc nécessaires.

Le travail de thèse intégrera des mesures de caractérisation des propriétés électriques et physiques des capteurs effectuées en laboratoire (notamment en salle propre) et en faisceau-test et leur comparaison aux résultats de simulations effectuées à l’aide d’un logiciel TCAD. Une contribution au développement des logiciels de reconstruction et d’analyse des données de faisceau test est à prévoir.

Lieu de travail : LPNHE - Paris

Déplacements éventuels : missions régulières au CERN à Genève

Documentation : http://atlas.web.cern.ch/Atlas/Collaboration/

Contact :

Facebook