Mesure des états de co-polarisation des bosons de jauge en production de paire WZ au LHC avec le détecteur ATLAS

Within the Standard Model of particle physics, the electroweak spontaneous symmetry breaking mechanism is responsible for the appearance of a longitudinal polarisation state in the massive W± and Z vector bosons. The study of joint-polarisation states in diboson processes, corresponding to the pair production of two such vector bosons, constitutes a detailed test of the Standard Model as it allows to probe indirectly this symmetry breaking mechanism. This thesis studies the W±Z diboson process using the data recorded by the ATLAS detector during Run 2 of the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb−1 of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The ATLAS detector relies on a trigger system to manage the large amount of data produced at the LHC and be able to keep rare events such as those from diboson processes. The upgrade of this trigger system in preparation for the Run 3 of the LHC is also presented in this thesis, focusing on the new Digital Trigger of the Liquid Argon calorimeters. In the Run 2 dataset, events of W±Z inclusive production with leptonic decay of the two gauge bosons into electrons or muons are selected. In such events, the four joint-polarisation fractions, considering longitudinal or transverse polarisation states for each boson, are extracted through a binned maximum-likelihood template fits. Polarisation fractions not being Lorentz invariant quantities, they are obtained in the W±Z centre-of-mass frame. Special care is taken in the choice of a discriminating variable for the template fit and the development of accurate polarisation templates, relying in particular on advanced Deep Neural Networks techniques. The simultaneous pair-production of longitudinally polarised vector bosons is measured for the first time with a significance of 7.1 standard deviations. The measured joint-polarisation fractions integrated over the fiducial region are f00 = 0.067 ± 0.010, f0T = 0.110 ± 0.029, fT0 = 0.179 ± 0.023 and fTT = 0.644 ± 0.032, in agreement with the next-to-leading-order Standard Model predictions. Single boson polarisation fractions of the W and Z bosons are also measured and found to be consistent with joint-polarisation fractions within the expected amount of correlations. Both the joint and single boson polarisation fractions are also measured separately in W+Z and W−Z events.Dans le cadre du modèle standard de la physique des particules, le mécanisme de brisure spontanée de symétrie électrofaible est responsable de l'apparition d'un état de polarisation longitudinale dans les bosons vecteurs massifs W± et Z. L'étude des états de co-polarisation dans les processus dibosons, correspondant à la production de paire de deux de ces bosons vecteurs, constitue un test précis du Modèle Standard car elle permet de sonder indirectement ce mécanisme de brisure de symétrie. Cette thèse étudie le processus diboson W±Z en utilisant les données enregistrées par le détecteur ATLAS pendant le Run 2 du LHC, correspondant à une luminosité intégrée de 139 fb-1 de collisions proton-proton à une énergie de centre de masse de 13 TeV. Le détecteur ATLAS s'appuie sur un système de déclenchement pour gérer la grande quantité de données produites au LHC et être capable de conserver les événements rares tels que ceux provenant des processus dibosons. La mise à niveau de ce système de déclenchement en vue du Run 3 du LHC est également présentée dans cette thèse, en se concentrant sur le nouveau « Digital Trigger » des calorimètres à Argon liquide. Dans le jeu de données du Run 2, les événements de production inclusive W±Z avec désintégration leptonique des deux bosons de jauge en électrons ou muons sont sélectionnés. Dans ces événements, les quatre fractions de co-polarisation, en considérant les états de polarisation longitudinale ou transversale pour chaque boson, sont extraites à l'aide de techniques d'ajustements de modèles à maximum de vraisemblance. Les fractions de polarisation n'étant pas des quantités invariantes de Lorentz, elles sont obtenues dans le référentiel du centre de masse W±Z. Un soin particulier est apporté au choix d'une variable discriminante pour l'ajustement des modèles et au développement de modèles de polarisation corrects, en s'appuyant notamment sur des techniques avancées de réseaux de neurones profonds. La production simultanée de paires de bosons vecteurs polarisés longitudinalement est mesurée pour la première fois avec une significance de 7,1 écarts-types. Les fractions de co-polarisation mesurées et intégrées sur la région fiducielle sont f00 = 0.067 ± 0.010, f0T = 0.110 ± 0.029, fT0 = 0.179 ± 0.023 et fTT = 0.644 ± 0.032, en accord avec les prédictions du Modèle Standard les plus précises disponibles. Les fractions de polarisation individuelles des bosons W et Z sont également mesurées séparément et s'avèrent cohérentes avec les fractions de co-polarisation dans la limite des corrélations attendues. Les fractions de polarisation et co-polarisation des bosons sont également mesurées séparément dans les événements W+Z et W-Z

Measurement of gauge boson joint-polarisation states in WZ pair production at the LHC with the ATLAS detector

Within the Standard Model of particle physics, the electroweak spontaneous symmetry breaking mechanism is responsible for the appearance of a longitudinal polarisation state in the massive $W$± and $Z$ vector bosons. The study of joint-polarisation states in diboson processes, corresponding to the pair production of two such vector bosons, constitutes a detailed test of the Standard Model as it allows to probe indirectly this symmetry breaking mechanism. This thesis studies the $W$±$Z$ diboson process using the data recorded by the ATLAS detector during Run 2 of the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$^{−1}$ of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The ATLAS detector relies on a trigger system to manage the large amount of data produced at the LHC and be able to keep rare events such as those from diboson processes. The upgrade of this trigger system in preparation for the Run 3 of the LHC is also presented in this thesis, focusing on the new Digital Trigger of the Liquid Argon calorimeters. In the Run 2 dataset, events of $W$±$Z$ inclusive production with leptonic decay of the two gauge bosons into electrons or muons are selected. In such events, the four joint-polarisation fractions, considering longitudinal or transverse polarisation states for each boson, are extracted through a binned maximum-likelihood template fits. Polarisation fractions not being Lorentz invariant quantities, they are obtained in the $W$±$Z$ centre-of-mass frame. Special care is taken in the choice of a discriminating variable for the template fit and the development of accurate polarisation templates, relying in particular on advanced Deep Neural Networks techniques. The simultaneous pair-production of longitudinally polarised vector bosons is measured for the first time with a significance of 7.1 standard deviations. The measured joint-polarisation fractions integrated over the fiducial region are $f$$_{00}$ = 0.067 ± 0.010, $f$$_{0T}$ = 0.110 ± 0.029, $f$$_{T0}$ = 0.179 ± 0.023 and $f$$_{TT}$ = 0.644 ± 0.032, in agreement with the next-to-leading-order Standard Model predictions. Single boson polarisation fractions of the $W$ and $Z$ bosons are also measured and found to be consistent with joint-polarisation fractions within the expected amount of correlations. Both the joint and single boson polarisation fractions are also measured separately in $W$+$Z$ and $W$−$Z$ events

Measurement of gauge boson joint-polarisation states in WZ production at the LHC with the ATLAS detector

Dans le cadre du modèle standard de la physique des particules, le mécanisme de brisure spontanée de symétrie électrofaible est responsable de l'apparition d'un état de polarisation longitudinale dans les bosons vecteurs massifs W± et Z. L'étude des états de co-polarisation dans les processus dibosons, correspondant à la production de paire de deux de ces bosons vecteurs, constitue un test précis du Modèle Standard car elle permet de sonder indirectement ce mécanisme de brisure de symétrie. Cette thèse étudie le processus diboson W±Z en utilisant les données enregistrées par le détecteur ATLAS pendant le Run 2 du LHC, correspondant à une luminosité intégrée de 139 fb-1 de collisions proton-proton à une énergie de centre de masse de 13 TeV. Le détecteur ATLAS s'appuie sur un système de déclenchement pour gérer la grande quantité de données produites au LHC et être capable de conserver les événements rares tels que ceux provenant des processus dibosons. La mise à niveau de ce système de déclenchement en vue du Run 3 du LHC est également présentée dans cette thèse, en se concentrant sur le nouveau « Digital Trigger » des calorimètres à Argon liquide. Dans le jeu de données du Run 2, les événements de production inclusive W±Z avec désintégration leptonique des deux bosons de jauge en électrons ou muons sont sélectionnés. Dans ces événements, les quatre fractions de co-polarisation, en considérant les états de polarisation longitudinale ou transversale pour chaque boson, sont extraites à l'aide de techniques d'ajustements de modèles à maximum de vraisemblance. Les fractions de polarisation n'étant pas des quantités invariantes de Lorentz, elles sont obtenues dans le référentiel du centre de masse W±Z. Un soin particulier est apporté au choix d'une variable discriminante pour l'ajustement des modèles et au développement de modèles de polarisation corrects, en s'appuyant notamment sur des techniques avancées de réseaux de neurones profonds. La production simultanée de paires de bosons vecteurs polarisés longitudinalement est mesurée pour la première fois avec une significance de 7,1 écarts-types. Les fractions de co-polarisation mesurées et intégrées sur la région fiducielle sont f00 = 0.067 ± 0.010, f0T = 0.110 ± 0.029, fT0 = 0.179 ± 0.023 et fTT = 0.644 ± 0.032, en accord avec les prédictions du Modèle Standard les plus précises disponibles. Les fractions de polarisation individuelles des bosons W et Z sont également mesurées séparément et s'avèrent cohérentes avec les fractions de co-polarisation dans la limite des corrélations attendues. Les fractions de polarisation et co-polarisation des bosons sont également mesurées séparément dans les événements W+Z et W-Z.Within the Standard Model of particle physics, the electroweak spontaneous symmetry breaking mechanism is responsible for the appearance of a longitudinal polarisation state in the massive W± and Z vector bosons. The study of joint-polarisation states in diboson processes, corresponding to the pair production of two such vector bosons, constitutes a detailed test of the Standard Model as it allows to probe indirectly this symmetry breaking mechanism. This thesis studies the W±Z diboson process using the data recorded by the ATLAS detector during Run 2 of the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb−1 of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The ATLAS detector relies on a trigger system to manage the large amount of data produced at the LHC and be able to keep rare events such as those from diboson processes. The upgrade of this trigger system in preparation for the Run 3 of the LHC is also presented in this thesis, focusing on the new Digital Trigger of the Liquid Argon calorimeters. In the Run 2 dataset, events of W±Z inclusive production with leptonic decay of the two gauge bosons into electrons or muons are selected. In such events, the four joint-polarisation fractions, considering longitudinal or transverse polarisation states for each boson, are extracted through a binned maximum-likelihood template fits. Polarisation fractions not being Lorentz invariant quantities, they are obtained in the W±Z centre-of-mass frame. Special care is taken in the choice of a discriminating variable for the template fit and the development of accurate polarisation templates, relying in particular on advanced Deep Neural Networks techniques. The simultaneous pair-production of longitudinally polarised vector bosons is measured for the first time with a significance of 7.1 standard deviations. The measured joint-polarisation fractions integrated over the fiducial region are f00 = 0.067 ± 0.010, f0T = 0.110 ± 0.029, fT0 = 0.179 ± 0.023 and fTT = 0.644 ± 0.032, in agreement with the next-to-leading-order Standard Model predictions. Single boson polarisation fractions of the W and Z bosons are also measured and found to be consistent with joint-polarisation fractions within the expected amount of correlations. Both the joint and single boson polarisation fractions are also measured separately in W+Z and W−Z events

ATLAS diboson polarisation studies

Measurements of joint-polarisation states of W and Z gauge bosons in W±Z production are presented. The data set used corresponds to an integrated luminosity of 139 fb−1 of proton–proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV recorded by the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. The W±Z candidate events are reconstructed using leptonic decay modes of the gauge bosons into electrons and muons. The simultaneous pair-production of longitudinally polarised vector bosons is measured for the first time with a significance of 7.1 standard deviations. The measured joint helicity fractions integrated over the fiducial region are f00=0.067±0.010, f0T=0.110±0.029, fT0=0.179±0.023 and fTT=0.644±0.032, in agreement with the next-to-leading-order Standard Model predictions. Individual helicity fractions of the W and Z bosons are also measured and found to be consistent with joint helicity fractions within the expected amount of correlations. Both the joint and individual helicity fractions are also measured separately in W+Z and W−Z events. Inclusive and differential cross sections for several kinematic observables sensitive to polarisation are presented

Mesure des états de co-polarisation des bosons de jauge en production de paire WZ au LHC avec le détecteur ATLAS

Within the Standard Model of particle physics, the electroweak spontaneous symmetry breaking mechanism is responsible for the appearance of a longitudinal polarisation state in the massive W± and Z vector bosons. The study of joint-polarisation states in diboson processes, corresponding to the pair production of two such vector bosons, constitutes a detailed test of the Standard Model as it allows to probe indirectly this symmetry breaking mechanism. This thesis studies the W±Z diboson process using the data recorded by the ATLAS detector during Run 2 of the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb−1 of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The ATLAS detector relies on a trigger system to manage the large amount of data produced at the LHC and be able to keep rare events such as those from diboson processes. The upgrade of this trigger system in preparation for the Run 3 of the LHC is also presented in this thesis, focusing on the new Digital Trigger of the Liquid Argon calorimeters. In the Run 2 dataset, events of W±Z inclusive production with leptonic decay of the two gauge bosons into electrons or muons are selected. In such events, the four joint-polarisation fractions, considering longitudinal or transverse polarisation states for each boson, are extracted through a binned maximum-likelihood template fits. Polarisation fractions not being Lorentz invariant quantities, they are obtained in the W±Z centre-of-mass frame. Special care is taken in the choice of a discriminating variable for the template fit and the development of accurate polarisation templates, relying in particular on advanced Deep Neural Networks techniques. The simultaneous pair-production of longitudinally polarised vector bosons is measured for the first time with a significance of 7.1 standard deviations. The measured joint-polarisation fractions integrated over the fiducial region are f00 = 0.067 ± 0.010, f0T = 0.110 ± 0.029, fT0 = 0.179 ± 0.023 and fTT = 0.644 ± 0.032, in agreement with the next-to-leading-order Standard Model predictions. Single boson polarisation fractions of the W and Z bosons are also measured and found to be consistent with joint-polarisation fractions within the expected amount of correlations. Both the joint and single boson polarisation fractions are also measured separately in W+Z and W−Z events.Dans le cadre du modèle standard de la physique des particules, le mécanisme de brisure spontanée de symétrie électrofaible est responsable de l'apparition d'un état de polarisation longitudinale dans les bosons vecteurs massifs W± et Z. L'étude des états de co-polarisation dans les processus dibosons, correspondant à la production de paire de deux de ces bosons vecteurs, constitue un test précis du Modèle Standard car elle permet de sonder indirectement ce mécanisme de brisure de symétrie. Cette thèse étudie le processus diboson W±Z en utilisant les données enregistrées par le détecteur ATLAS pendant le Run 2 du LHC, correspondant à une luminosité intégrée de 139 fb-1 de collisions proton-proton à une énergie de centre de masse de 13 TeV. Le détecteur ATLAS s'appuie sur un système de déclenchement pour gérer la grande quantité de données produites au LHC et être capable de conserver les événements rares tels que ceux provenant des processus dibosons. La mise à niveau de ce système de déclenchement en vue du Run 3 du LHC est également présentée dans cette thèse, en se concentrant sur le nouveau « Digital Trigger » des calorimètres à Argon liquide. Dans le jeu de données du Run 2, les événements de production inclusive W±Z avec désintégration leptonique des deux bosons de jauge en électrons ou muons sont sélectionnés. Dans ces événements, les quatre fractions de co-polarisation, en considérant les états de polarisation longitudinale ou transversale pour chaque boson, sont extraites à l'aide de techniques d'ajustements de modèles à maximum de vraisemblance. Les fractions de polarisation n'étant pas des quantités invariantes de Lorentz, elles sont obtenues dans le référentiel du centre de masse W±Z. Un soin particulier est apporté au choix d'une variable discriminante pour l'ajustement des modèles et au développement de modèles de polarisation corrects, en s'appuyant notamment sur des techniques avancées de réseaux de neurones profonds. La production simultanée de paires de bosons vecteurs polarisés longitudinalement est mesurée pour la première fois avec une significance de 7,1 écarts-types. Les fractions de co-polarisation mesurées et intégrées sur la région fiducielle sont f00 = 0.067 ± 0.010, f0T = 0.110 ± 0.029, fT0 = 0.179 ± 0.023 et fTT = 0.644 ± 0.032, en accord avec les prédictions du Modèle Standard les plus précises disponibles. Les fractions de polarisation individuelles des bosons W et Z sont également mesurées séparément et s'avèrent cohérentes avec les fractions de co-polarisation dans la limite des corrélations attendues. Les fractions de polarisation et co-polarisation des bosons sont également mesurées séparément dans les événements W+Z et W-Z

Mesure des états de co-polarisation des bosons de jauge en production de paire WZ au LHC avec le détecteur ATLAS

Within the Standard Model of particle physics, the electroweak spontaneous symmetry breaking mechanism is responsible for the appearance of a longitudinal polarisation state in the massive W± and Z vector bosons. The study of joint-polarisation states in diboson processes, corresponding to the pair production of two such vector bosons, constitutes a detailed test of the Standard Model as it allows to probe indirectly this symmetry breaking mechanism. This thesis studies the W±Z diboson process using the data recorded by the ATLAS detector during Run 2 of the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb−1 of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The ATLAS detector relies on a trigger system to manage the large amount of data produced at the LHC and be able to keep rare events such as those from diboson processes. The upgrade of this trigger system in preparation for the Run 3 of the LHC is also presented in this thesis, focusing on the new Digital Trigger of the Liquid Argon calorimeters. In the Run 2 dataset, events of W±Z inclusive production with leptonic decay of the two gauge bosons into electrons or muons are selected. In such events, the four joint-polarisation fractions, considering longitudinal or transverse polarisation states for each boson, are extracted through a binned maximum-likelihood template fits. Polarisation fractions not being Lorentz invariant quantities, they are obtained in the W±Z centre-of-mass frame. Special care is taken in the choice of a discriminating variable for the template fit and the development of accurate polarisation templates, relying in particular on advanced Deep Neural Networks techniques. The simultaneous pair-production of longitudinally polarised vector bosons is measured for the first time with a significance of 7.1 standard deviations. The measured joint-polarisation fractions integrated over the fiducial region are f00 = 0.067 ± 0.010, f0T = 0.110 ± 0.029, fT0 = 0.179 ± 0.023 and fTT = 0.644 ± 0.032, in agreement with the next-to-leading-order Standard Model predictions. Single boson polarisation fractions of the W and Z bosons are also measured and found to be consistent with joint-polarisation fractions within the expected amount of correlations. Both the joint and single boson polarisation fractions are also measured separately in W+Z and W−Z events.Dans le cadre du modèle standard de la physique des particules, le mécanisme de brisure spontanée de symétrie électrofaible est responsable de l'apparition d'un état de polarisation longitudinale dans les bosons vecteurs massifs W± et Z. L'étude des états de co-polarisation dans les processus dibosons, correspondant à la production de paire de deux de ces bosons vecteurs, constitue un test précis du Modèle Standard car elle permet de sonder indirectement ce mécanisme de brisure de symétrie. Cette thèse étudie le processus diboson W±Z en utilisant les données enregistrées par le détecteur ATLAS pendant le Run 2 du LHC, correspondant à une luminosité intégrée de 139 fb-1 de collisions proton-proton à une énergie de centre de masse de 13 TeV. Le détecteur ATLAS s'appuie sur un système de déclenchement pour gérer la grande quantité de données produites au LHC et être capable de conserver les événements rares tels que ceux provenant des processus dibosons. La mise à niveau de ce système de déclenchement en vue du Run 3 du LHC est également présentée dans cette thèse, en se concentrant sur le nouveau « Digital Trigger » des calorimètres à Argon liquide. Dans le jeu de données du Run 2, les événements de production inclusive W±Z avec désintégration leptonique des deux bosons de jauge en électrons ou muons sont sélectionnés. Dans ces événements, les quatre fractions de co-polarisation, en considérant les états de polarisation longitudinale ou transversale pour chaque boson, sont extraites à l'aide de techniques d'ajustements de modèles à maximum de vraisemblance. Les fractions de polarisation n'étant pas des quantités invariantes de Lorentz, elles sont obtenues dans le référentiel du centre de masse W±Z. Un soin particulier est apporté au choix d'une variable discriminante pour l'ajustement des modèles et au développement de modèles de polarisation corrects, en s'appuyant notamment sur des techniques avancées de réseaux de neurones profonds. La production simultanée de paires de bosons vecteurs polarisés longitudinalement est mesurée pour la première fois avec une significance de 7,1 écarts-types. Les fractions de co-polarisation mesurées et intégrées sur la région fiducielle sont f00 = 0.067 ± 0.010, f0T = 0.110 ± 0.029, fT0 = 0.179 ± 0.023 et fTT = 0.644 ± 0.032, en accord avec les prédictions du Modèle Standard les plus précises disponibles. Les fractions de polarisation individuelles des bosons W et Z sont également mesurées séparément et s'avèrent cohérentes avec les fractions de co-polarisation dans la limite des corrélations attendues. Les fractions de polarisation et co-polarisation des bosons sont également mesurées séparément dans les événements W+Z et W-Z

Multi-boson production and diboson polarisation at ATLAS

Measurements of multiboson production at the LHC are important probes of the electroweak gauge structure of the Standard Model and for contributions from anomalous couplings. In this talk we present recent ATLAS results on Zy production in association with jet activity. These differential measurements provide inputs and constraints on modeling of the Standard Model. In addition we will present a first measurement of di-boson polarization at the LHC. Moreover, precise boson, diboson and Higgs differential cross-section measurements are interpreted in a combined Effective Field Theory analysis, allowing to systematically probe gauge boson self-interactions

ATLAS LAr Calorimeter commissioning for LHC Run-3: Energy computation in LATOME boards

International audienceThe ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC) measures proton--proton collisions at high energies. Within the Phase-I upgrade of the LHC before the start of Run-3 in 2022, the trigger system of the Liquid Argon calorimeter of ATLAS is being prepared to cope with an increased number of simultaneous proton--proton collisions. In the back-end of this new trigger system, the LATOME boards will be responsible for the computation of the energies deposited in the calorimeter. The commissioning of this computation within the LATOME is presented

JRJC 2021- Journées de Rencontres Jeunes Chercheurs. Book of Proceedings

Journées de Rencontres Jeunes Chercheurs (JRJC2021). 17-23 octobre 2021, La Rochelle (France

JRJC 2021- Journées de Rencontres Jeunes Chercheurs. Book of Proceedings

Journées de Rencontres Jeunes Chercheurs (JRJC2021). 17-23 octobre 2021, La Rochelle (France