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Accueil > Thèses, Stages, Formation et Enseignement > Propositions de thèses 2025 > Mesure de la masse du quark top et de la fragmentation des quarks b avec des événements ttbar avec des mésons J/psi dans l’état final. Participation à la mise à niveau du détecteur ATLAS auprès du LHC
Mesure de la masse du quark top et de la fragmentation des quarks b avec des événements ttbar avec des mésons J/psi dans l’état final. Participation à la mise à niveau du détecteur ATLAS auprès du LHC
par - 5 novembre
Titre : Mesure de la masse du quark top et de la fragmentation des quarks b avec des événements ttbar avec des mésons J/psi dans l’état final. Participation à la mise à niveau du détecteur ATLAS auprès du LHC. Measurement of the top quark mass and b-quark fragmentation using ttbar events with J/psi mesons in the final state. Participation to upgrade activities for the ATLAS detector for the High Luminosity phase of the LHC.
Directrice/directeur de thèse : Frédéric Derue
Groupe d’accueil :ATLAS
Webpage du projet : https://lpnhe.in2p3.fr/spip.php?rub...
Collaboration : ATLAS
Description :
(English version below)
Résumé :
Le sujet d’analyse de la thèse porte sur la mesure de la masse du quark top et de la fragmentation des quarks b, dans le mode de désintégration d’un quark b en J/psi méson avec les données de l’expérience ATLAS collectées lors des Run-2 et 3 du LHC. Une partie instrumentale additionnelle porte sur la participation au développement du détecteur pour la phase de haute luminosité du LHC.
Contexte :
ATLAS est l’une des expériences auprès du LHC, le collisionneur proton-proton du CERN, dont la troisième période de fonctionnement (Run-3) a débuté l’été 2022. Le groupe ATLAS du LPNHE est constitué d’une petite trentaine de physiciennes et physiciens permanents et non permanents. L’équipe technique est composée d’ingénieurs et techniciens des services d’électronique, de mécanique et d’informatique. Le groupe a participé à la construction du calorimètre électromagnétique ainsi qu’à l’évaluation de ses performances en tests en faisceaux, avec des rayons cosmiques et avec les données de collision. ll est maintenant impliqué dans la mise au point du détecteur à pixels (ITK) et du calorimètre High Granularity Timing Detector (HGTD), qui seront utilisés pour la phase de très haute luminosité du LHC (HL-LHC).
Sujet :
Le sujet d’analyse de la thèse porte sur une mesure de précision de la masse du quark top et de la fragmentation des quarks b. 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 quark top dépendent de la masse du boson W et de la masse du boson de Higgs. 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.
L’étudiant.e travaillera sur un lot d’événements dans lesquels l’un des quarks top se désintègre en un W (donnant un lepton et un neutrino) et un quark b qui lui même se désintègre soit en un J/psi→muon-muon. La mesure s’effectuera avec la méthode dite des patrons (« templates ») qui est basée sur la comparaison entre les données et les simulations d’une observable sensible à la masse du quark top. Cette observable est la masse invariante formée des trois leptons issus du quark top. Cette mesure nécessite une grande statistique et bénéficiera donc de l’utilisation de l’ensemble des données accumulées, en particulier celles du Run-3. Des études spécifiques seront effectuées sur des effets systématiques, en particulier liées à la modélisation de la fragmentation des quarks b.
La partie instrumentale de la thèse s’inscrit dans le contexte de la mise à niveau détecteur pour la phase de haute luminosité HL-LHC et pourra comporter plusieurs aspects en fonction de l’avancement du projet.
L’étudiant.e aura un engagement dans l’assemblage et les tests des modules de détecteurs sur l’un des projets du laboratoire (ITk ou HGTD). Létudiant.e pourra contribuer dès le début de la thèse à la validation des modules qui constitueront le détecteur final. Un engagement dans les activités de simulation du détecteur afin d’en optimiser les caractéristiques et d’en connaître les performances futures pour les analyses de physique est également envisageable.
L’étudiant.e sera amené.e à présenter régulièrement ses travaux dans les réunions de travail de la collaboration ATLAS.
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Summary :
The analysis subject is about the top quark mass measurement and b-quark fragmentation using b-quark decaying into a J/y meson with the data collected by the ATLAS experiment during the Run-2 and Run-3 LHC data taking. An instrumental additional part deals with the participation to the upgrade activities for the detector which will be used during the high luminosity phase of the LHC.
Context :
ATLAS is one the experiments at the LHC, the proton-proton collider at CERN, which Run-3 data taking phase started in summer 2022. The ATLAS group at LPNHE is made of about thirty physicits staff and non-staff. The technical team consists in engineers and technicians in the computing, electronic and mechanic departments. The group has participated to the building of the electromagnetic calorimeter as well as the evaluation of its performance with test beams and real collision data. It is not implicated in the development and installation of the pixel detector (ITK) and high granlurity timing detector (HGTD) which will be used during the high-luminosity phase of the LHC (HL-LHC).
Subject :
The analysis subject is about the precise measurement of the top quark mass and the b-quark fragmentation. This particle is the only elementary fermion having a mass of the order of the electroweak scale. It happens thus to be a privileged sector to study the electroweak symmetry mechanism. The top quark mass is one of the fundamental parameter of the Standard Model (SM). Radiative corrections to the top quark mass depend on the W and Higgs boson masses. It is thus important to compare them with a high precision in order to be able to see effects non predicted by the SM.
The student will work on a data sample where one of the top quarks decays into a W boson (decaying into a lepton and a neutrino) and a b quark itself decaying into a J/psi→muon-muon. The measurement will be done using a template method based on the comparison between real and simulated data of an observable sensitive to the top quark mass. This observable is the invariant mass of the lepton-meson system. The measurement is limited by its statistical precision and will thus benefit from the higher data sample collected during the Run-3. Specific studies will be done on some of the systematic uncertainties in particular the one on the modelling of the b-quark fragmentation.
The instrumental part concerns the upgrade of the detector for the high luminosity phase and could cope with different aspects depending on the status of the project at the beginnin of the contract. The student will have a commitment on tests of the modules of the detectors. The student could contribue from the beginning of the PhD to the validation of the modules which will form the final detector. A participation to the detector simulation activities, in order to optimise its characteristics and to know its future performance for physics analyses can be foreseen as well.
The student will present regularly his/her work in the ATLAS collaboration meetings.
Lieu(x) de travail : LPNHE
Déplacements éventuels : Missions régulières au CERN, Genève Un séjour de courte/moyenne durée au CERN peut être envisagé. Regular missions to CERN, Geneva A short/middle term stay at CERN could be done during the PhD
Stage proposé avant la thèse : Oui
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