Aναζήτηση του μποζονίου Higgs του Καθιερωμένου Προτύπου με τον ανιχνευτή ATLAS στον LHC με αποτέλεσμα την παρατήρηση ενός νέου σωματιδίου συμβατού με το μποζόνιο Higgs

Search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS experiment at the LHC leading to the observation of a new particle compatible with the Higgs boson

Recherche du boson de Higgs du Modèle Standard avec l’expérience ATLAS au LHC résultante à la observation d’une nouvelle particule compatible avec le boson de Higgs

Eleni Mountricha (1)

1 DPhP - Département de Physique des Particules (ex SPP)

Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η αναζήτηση για το μποζόνιο Higgsτου Καθιερωμένου Προτύπου μέσω της διάσπασης του σε τέσσερα λεπτόνια, με το πείραμα ATLAS στο CERN. Παρουσιάζεται η θεωρία που προβλέπει το μποζόνιο Higgs και παρατίθενται οι περιορισμοί της θεωρίας και των άμεσων και έμμεσων αναζητήσεων του μποζονίου. Περιγράφονται το πείραμα ATLAS και τα επιμέρους στοιχεία του καθώς επίσης και το Σύστημα Ελέγχου Ανιχνευτή για τη λειτουργία και την παρακολούθηση του συστήματος τροφοδοσίας τάσης για τους Θαλάμους Ολίσθισης. Η ανακατασκευή και ταυτοποίηση των ηλεκτρονίων και των μιονίων συνοψίζονται. Παρουσιάζονται μελέτες για το ποσοστό των μιονίων που προέρχονται από διασπάσεις άλλων σωματιδίων, για την επίδραση των πολλαπλών αλληλεπιδράσεων σε κάθε σύγκρουση στην απομόνωση των μιονίων, καθώς και για την αποτελεσματικότητα των κριτηρίων επιλογής σχετικά με την απομόνωση και την παράμετρο κρούσης των μιονίων. Η ανάλυση της διάσπασης του Higgs σε τέσσερα λεπτόνια περιγράφεται λεπτομερώς με έμφαση στην εκτίμηση των διαδικασιών υποβάθρου, στις μέθοδους που εφαρμόζονται και στις περιοχές ελέγχου που χρησιμοποιούνται. Τα αποτελέσματα της αναζήτησης με τη χρήση των δεδομένων του 2011 σε √s = 7 TeV παρουσιάζονται τα οποία οδήγησαν σε υποδείξεις για την παρατήρηση του μποζονίου Higgs. Περιγράφεται η αναθεώρηση των κριτηρίων επιλογής για την αναζήτηση μιας χαμηλής μάζας μποζονίου Higgs και παρατίθεται η επίδραση της στα δεδομένα του 2011. Η ανάλυση διεξάγεται για τα δεδομένα του 2012 σε √s = 8 TeV που συλλέχθηκαν μέχρι τον Ιούλιο και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται, συμπεριλαμβανομένου του συνδυασμού με τα δεδομένα του 2011. Τα τελευταία αποτελέσματα έχουν οδηγήσει στην παρατήρηση ενός νέου σωματιδίου συμβατό με το μποζόνιο Higgsτου Καθιερωμένου Προτύπου.

The subject of this thesis is the search for the Standard Model Higgs boson through its decay into four leptons with the ATLAS experiment at CERN. The theory postulating the Higgs boson is presented and the constraints of the theory and direct and indirect searches are quoted. The ATLAS experiment and its components are described and the Detector Control System for the operation and monitoring of the power supplies of the Monitored Drift Tubes is detailed. The electron and muon reconstruction and identification are summarized. Studies on the muon fake rates, on the effect of pileup on the isolation of the muons, and on muon efficiencies of the isolation and impact parameter requirements are presented. The analysis of the Higgs decay to four leptons is detailed with emphasis on the background estimation, the methods employed and the control regions used. The results of the search using the 2011 √s= 7TeV data are presented which have led to hints for the observation of the Higgs boson. The optimization performed for the search of a low mass Higgs boson is described and the effect on the 2011 data are shown. The analysis is performed for the 2012 √s = 8TeV data collected up to July and the results are presented, including the combination with the 2011 data. These latest results have led to the observation of a new particle consistent with the Standard Model Higgs.

Le sujet de cette thèse est la recherche du boson de Higgs du Modèle Standard par sa désintégration en quatre leptons avec l’expérience ATLAS au CERN. La théorie qui prédit le boson du Higgs est présentée et les contraintes de la théorie et des recherches directes et indirectes sont citées. L’expérience ATLAS et ses composants sont décrits et le Système de Contrôle du Détecteur pourle fonctionnement et la surveillance des blocs d’alimentation des chambres à tubes de dérive est détaillé. La reconstruction et l’identification des électrons et des muons sont résumées. Des études de performance sur les taux de faux muons, sur l’effet d’empilement sur l’isolation des muons, et sur l’efficacité de l’isolation et du paramètre d’impact des muons sont présentées. L’analyse de la désintégration de Higgs en quatre leptons est détaillée en mettant l’accent sur l’estimation du bruit de fond, les méthodes employées et les régions de contrôle utilisées. Les résultats de la recherche avec les données de 2011 à √s = 7TeV sont présentées, qui ont conduit à l’indication de l’observation du boson de Higgs. L’optimisation réalisée pour la recherche d’un boson de Higgs de basse masse est décrite et l’effet sur les données de 2011 sont présentés. L’analyse est effectuée avec les données de 2011 à √s = 8TeV collectées jusqu’au juillet et les résultats sont présentés, incluant la combinaison avec les données de 2011. Ces derniers résultats ont conduit à l’observation d’une nouvelle particule compatible avec le boson de Higgs du Modèle Standard.

Mots clés: Higgs; Μποζόνιο; Αναζήτηση; Υπόβαθρο; Λεπτόνια; Παρατήρηση

Mots clés: Higgs; Boson; Search; Background; Lepton; Observation

Mots clés: Higgs; Boson; Recherche; Bruit de fond; Lepton; Observation

Domaines: Autre [cond-mat.other]

Eleni Mountricha. Search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS experiment at the LHC leading to the observation of a new particle compatible with the Higgs boson. Other [cond-mat.other]. Université Paris Sud - Paris XI, 2012. English. ⟨NNT : 2012PA112185⟩. ⟨tel-00759636⟩