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Recherche de nouvelle physique au LHC avec photons reconstruits dans l’expérience ATLAS

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

Directeur de thèse : Giovanni Marchiori

tél : 01 44 27 21 43

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

Titre : Recherche de nouvelle physique au LHC avec photons reconstruits dans l’expérience ATLAS

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 2010-2011 et à 8 TeV en 2012, et un shutdown (2013-2014) pour installer des importantes mises a jour de l’accélérateur et du détecteur, il est prévu qu’à partir du 2015 la machine passera à des collisions à 13-14 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 en 2012 a conduit à la découverte par ATLAS et CMS, dans le cadre de la recherche du boson de Higgs du modèle standard (SM), d’une nouvelle particule de masse 125 GeV dont les propriétés observées sont en bon accord avec les prédictions du SM, dans la limite des incertitudes théoriques et expérimentales, toutes les deux au niveau de 20%. À cette masse, plusieurs canaux de désintégration du boson de Higgs standard produisent des états finaux qui peuvent être reconstruits par ATLAS. Il est fondamental de comparer les rapports d’embranchement de cette nouvelle particule dans ces différents canaux afin de vérifier l’hypothèse que ses couplages sont proportionnels aux masses des fermions produits. Un canal où il pourrait y avoir des importantes déviations par rapport aux prédictions du SM est la désintégration rare H->Zgamma : dans des modèles d’Higgs composé, ce canal peut avoir un rapport d’embranchement (BR) très différent du SM (BRSM) sans que les autres canaux déjà observées et en accord avec la théorie (gamma gamma, ZZ, WW ..) subissent des modifications appréciables. Une recherche de H->Zgamma a déjà été menée dans ATLAS par le groupe du LPNHE : avec les données 2011-2012 et a conduit à une limite supérieure sur le rapport BR/ BRSM d’environ 8. Une partie de la thèse consistera dans l’analyse des nouvelles données d’ATLAS (100 fb-1 à 13-14 TeV), pour améliorer la stratégie d’analyse dans ce canal (critères de sélection et séparation entre signal (S) et bruit de fond (B) ; optimisation du classement des événements en catégories avec diffèrent S/B pour maximiser la sensitivité de la recherche) avec comme but une sensitivité au niveau de BR/ BRSM entre 2 et 3, ce qui pourrait déjà permettre d’explorer les modèles d’Higgs composite. La sélection d’un lot de données Z+gamma pour cet étude permettra aussi au candidat d’utiliser un échantillon de control très pur en photons (produits dans désintégrations radiatives du boson Z) pour des mesures in situ des performance de reconstruction et identification des photons dans ATLAS, qui sont nécessaires pour mesurer les sections efficaces d’autre processus avec photons ou mesurer les masses des résonances se désintégrant en photons. Même si on ne trouve pas de déviations dans les couplages du boson de Higgs par rapport au SM, des raisons théoriques motivent l’existence de nouvelle physique au delà du SM aux énergies accessibles dans les collisions pp récoltées par ATLAS. En plus, les observations astrophysiques nous montrent qu’il doit exister des particules de matière (« matière noire ») qui ne font pas partie du SM et qui n’interagissent que très faiblement avec la matière ordinaire. Ainsi des paires des particules de matière noire peuvent être produites dans ATLAS dans plusieurs cadres théoriques (super symétrie, large dimensions supplémentaires, ..). L’analyse des données propose dans cette thèse consiste a rechercher des évènements dans lesquels ces particules sont produites avec un photon, émis par un parton qui participe a la collision « dure », et ne se désintègrent pas dans le détecteur. L’étudiant optimisera les critères de sélection sur le photon de haute énergie et sur l’énergie transverse manquante pur maximiser la sensitivité de cette recherche, et effectuera une comparaison avec les résultats des recherches « directes » en terme de section efficace d’annihilation des particules de matière noire.

Lieu de travail : LPNHE - Paris

Déplacements éventuels : déplacements réguliers au CERN pour réunions de groupe d’analyse, opérations du détécteur, réunions de collaboration, shifts de prise de données et travail de qualification

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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