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Construction du nouveau détecteur de traces de l’expérience ATLAS et recherche de la production de di-Higgs dans l’état final bb-γγ pour la mesure de l’auto-couplage du boson de Higgs
Titre : Construction du nouveau détecteur de traces de l’expérience ATLAS et recherche de la production de di-Higgs dans l’état final bb-γγ pour la mesure de l’auto-couplage du boson de Higgs.
Directeur de thèse : Marco Bomben
Co-directeur de thèse : Giovanni Marchiori
Equipe : Masses et interactions fondamentales ; groupe ATLAS
Description :
L’expérience ATLAS est installée auprès du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN à Genève. Il y a déjà eu deux longues séries de prises de données : a) le Run 1 (2011-201), à 7-8 TeV dans le centre de masse (c.d.m.), qui a permis à ATLAS et à CMS de découvrir un boson de Higgs à 125 GeV (H) principalement par ses désintégrations bosoniques (γγ et ZZ). b) Le Run 2 (2015-2018), à une énergie de 13 TeV dans le c.d.m., avec une luminosité intégrée beaucoup plus grande qui a permis l’observation claire des principales interactions fermioniques du boson de Higgs (H→tautau, production de ttH et H→bb). Une troisième prise de données (Run3) démarrera en 2022 pour intégrer environs 200 fb-1 de collisions pp à 14 TeV en 3 ans ; en parallèle, des phases de construction et ensuite d’installation des améliorations du détecteur ATLAS sont prévues d’ici à 2026 en vue d’une exploitation à haute luminosité jusqu’en 2038 visant à accumuler 4000 fb-1 (« phase à haute luminosité »). Ce grand échantillon de données permettra la première mesure de l’auto-couplage fondamental du boson de Higgs, ce qui validerait encore plus les prédictions du modèle standard.
Le sujet de cette thèse est la participation à la construction du détecteur de traces d’ATLAS pour la phase haute luminosité et l’analyse de données du Run3 d’ATLAS pour la recherche de la production de deux bosons de Higgs pour la mesure de son auto-couplage.
Le taux de collisions sans précédent de la phase haute-luminosité du LHC place des contraintes sur le détecteur de traces d’ATLAS, en termes de tenue aux radiations, ainsi qu’en termes de résolution spatiale afin de préserver la capacité à distinguer les traces proches. Pour ces raisons le détecteur interne actuel de ATLAS (ID, 1) sera remplacé par un nouveau trajectographe – le ATLAS Inner Tracker (ITk, 2,3) – qui est en train d’être construit. Il sera composé de couche à pixels dans sa partie la plus interne et des modules à microbandes pour la plus externe. Le LPNHE participe au projet ITk dès son début, et en collaboration avec des autres laboratoires franciliens il est chargé des tests d’une partie des modules à pixels à installer d’ici 2026. Le travail de thèse intégrera des mesures de caractérisation des propriétés électriques et physiques des modules à pixels 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 .
La partie analyse de cette thèse portera sur la recherche de la production de deux bosons de Higgs (se désintégrant en bb+yy) avec les données du Run3 du LHC (2022-2024), avec une optimisation de la sensibilité de l’analyse en fonction de nouvelles conditions de prise de données par rapport au Run2 et l’utilisation de techniques d’analyse multivariée pour maximiser la séparation entre signal et bruit de fond. Bien qu’il ne soit pas prévu que l’observation de ce processus puisse être effectuée avec les données du Run3, la mesure permettra de mettre de contraints sur l’auto-couplage du boson de Higgs et sur des modèles de physique au de la du modèle standard. Des études de sensibilité à la mesure des couplages du boson de Higgs aux futurs collisionneurs e+e- et leur comparaison aux projections d’ATLAS pour la phase HL-LHC seront aussi menés.
Stage : Un stage avant le début du doctorat est prévu.
- 1. https://atlas.cern/discover/detector/inner-detector
- 2. cdsweb.cern.ch/record/2285585
- 3. cdsweb.cern.ch/record/2257755
Lieu de travail : LPNHE, Paris
Déplacements éventuels : déplacements réguliers au CERN pour ATLAS, pour les futures réunions de collaboration sur les collisionneurs, pour les réunions de groupes d’analyse, la prise de données et les travaux de qualification. Déplacements réguliers à DESY et au CERN pour des campagnes de mesures en faisceau. Présentation à une conférence internationale et participation à une école d’été en physique des hautes énergies.
Contact :
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