Recherche de nouveaux phénomènes dans les événements diphoton avec le détecteur ATLAS

Dans cette thèse, je présente mes travaux de recherche réalisés avec les données de collision proton-proton enregistrées par le détecteur ATLAS. Les événements étudiés possèdent un état final avec au moins deux photons et une grande masse invariante du système diphoton. Le lot de données enregistré pendant l'année 2011 dans des collisions avec une énergie de 7 TeV dans le centre de masse proton-proton correspond à une luminosité intégrée d'environ 5 fb-1. Ces données ont été comparées aux prédictions du Modèle Standard de la Physique des Particules. En l'absence de différences significatives, des contraintes ont été imposées sur les paramètres de modèles prévoyant l'existence de dimensions supplémentaires. A titre d'exemple, le premier graviton de Kaluza-Klein du modèle de Randall-Sundrum a été contraint d'être plus massif que 2.23 TeV, améliorant d'environ 1 TeV la contrainte du Tevatron. Les résultats obtenus ont fait l'objet d'une publication de la part de la collaboration ATLAS. En 2012, le LHC a réalisé des collisions proton-proton avec une énergie dans le centre de masse de 8 TeV. En outre, la luminosité intégrée a été environ quatre fois supérieure qu'en 2011. Les résultats préliminaires obtenus avec ce lot de données sont présentés dans ce document. La revue interne de ces résultats au sein de la collaboration ATLAS est en cours en vue d'une publication en 2013. La détection et la caractérisation des électrons et des photons reposent essentiellement sur le calorimètre à argon liquide du détecteur ATLAS. La procédure qui permet d'évaluer la qualité des mesures de ces particules a été mise en place au début de la prise de données. Ma contribution à son élaboration est décrite dans ce document.In this thesis, I describe my research based on proton-proton collision data collected by the ATLAS detector. The study uses events with at least two photons in the final state and a large invariant mass of the diphoton system. A dataset of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV corresponding to an integrated luminosity of approximately 5 fb-1 has been recorded in 2011. This sample has been compared to the predictions of the Standard Model of Particle Physics. Given the good agreement of the data with these predictions, limits have been set on the parameters of models that postulate extra spatial dimensions. As an example, the lightest Kaluza-Klein graviton in the Randall-Sundrum model has been constrained to be more massive than 2.23 TeV, superseding the Tevatron limits by approximately 1 TeV. These results have been published by the ATLAS collaboration. In 2012, the LHC has delivered proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 8 TeV. The corresponding integrated luminosity is four times larger than that of the 2011 dataset. Preliminary results based on this dataset are presented in this document. The ATLAS-internal review of these results is ongoing, and a publication is targeted for 2013. The detection and the characterization of electrons and photons are mainly based on the liquid argon calorimeter of the ATLAS detector. A procedure to assess the quality of the measurements of these particles has been established at the beginning of the data taking. My contributions to its development are described in this document.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Etude des désintégrations radiatives des mésons B dans le détecteur ATLAS

Cette thèse est consacrée à l'étude des désintégrations radiatives des mésons B dans le détecteur ATLAS du LHC. Les désintégrations radiatives sont une famille des désintégrations rares, transitions impliquant des changements de saveurs par courants neutres (processus b->s gamma par exemple), interdits à l'ordre le plus bas dans le Modèle Standard. Ces processus interviennent par le biais de diagrammes du second ordre (diagrammes pingouin et boîte), et sont donc particulièrement sensibles aux contributions de nouvelles particules telles que les bosons de Higgs chargés ou les particules supersymétriques. Le but de l'étude est de montrer qu'il sera possible de sélectionner en ligne les désintégrations radiatives dans ATLAS. Pour ce faire, le traitement des photons de basse énergie par le calorimètre électromagnétique d'ATLAS (ECal) est étudié précisément. Le travail présenté ici montre que le ECal sera en mesure de traiter ce type de particules. Cette propriété est largement utilisée dans la partie suivante, au cours de laquelle est développée une stratégie de sélection des désintégrations radiatives. La méthode proposée s'appuie en effet sur la recherche d'une zone de basse énergie dans le ECal dès le niveau 1 du processus de sélection, et sur l'identification précise du photon dès le niveau 2. Une grande partie de la stratégie présentée concerne également le détecteur interne, en particulier au niveau 2 du déclenchement. Les résultats obtenus montrent qu'il sera possible de selectionner à court terme une quantité importante de signal, et ce en respectant les contraintes imposées par le trigger d'ATLAS.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSTRASBOURG-Bib.Central Recherche (674822133) / SudocSudocFranceF

Etude de la production associée ZH/WH, H en photons avec le détecteur ATLAS

Le Modèle Standard de la physique des particules postule l'existence d'un champ doublet scalaire de Higgs, qui après brisure de symétrie électro-faible, donne lieu à la présence d'une particule scalaire neutre, le boson de Higgs. Les recherches directes par les expériences LEP imposent une masse de ce boson, s'il existe, supérieure à 114.5 GeV. Les mesures électro-faibles de précision, quant à elles, contraignent la masse du boson de Higgs, dans le Modèle Standard, à être inférieure à 144 GeV (95 % C.L.). Dans ce domaine de masse, la désintégration du boson de Higgs en deux photons est un des canaux les plus importants pour la recherche de ce boson dans le détecteur ATLAS. Ici, nous évaluons la possibilité d'étudier la production associée avec un boson Z ou W. Elle bénéficie d'un bon rapport signal sur bruit de fond et offre donc le potentiel d'être utilisé pour augmenter la signifiance statistique d'une possible découverte. Les processus de production associée permettront également la mesure des couplages du boson de Higgs aux bosons de l'interaction faible.In the Standard Model, a doublet scalar Higgs field is predicted leading to the presence of a neutral scalar particle, the Higgs boson. The LEP experiments have set a lower bound on the Higgs mass at 114.5 GeV. The electroweak precision measurements, constrain indirectly the SM Higgs boson mass to be below 144 GeV at 95 % C.L. In this mass range, the Higgs boson decay into photons is one of the most important channels for the search of this boson at LHC in ATLAS experiment. Here, we evaluate the possibility to use the associated Higgs production with a Z or W boson. The signal over background ratio is better than the inclusive analysis. The associated Higgs production can be used to increase the statistical significance of the Higgs boson discovery. It can also be used to measure the Higgs couplings to the weak bosons.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF