Photon performance studies with Radiative Z decays, and the search for the Higgs boson in the H → γγ and H → Zγ channels with the ATLAS detector of the LHC
Étude des performances de photons avec les désintégrations radiatives du Z, et recherche du boson de Higgs dans les modes H → γγ et H → Zγ auprès du détecteur ATLAS au LHC
Résumé
In this thesis my personal contributions to the ATLAS experiment are presented, consisting of detector oriented studies and physics analyses concerning photons in the context of the search for the Higgs boson. The first part of this thesis contains detector performance analyses on the electromagnetic calorimeter (EMCAL) high-voltage system. The effect of the resistors in the electrodes of the EMCAL on the energy measurement is investigated and found to be small in most of the cases. Furthermore, photon reconstruction performance studies are presented, where a data-driven validation to the standard calibration is performed by extracting the photon energy scales from a sample of Z radiative decays. The second part of this document concerns the physics analyses, such as the searches for the Higgs Boson in the γγ and Zγ decay channels. My main contribution to these analysis consists of an analytical resolution model for the signal, built to satisfy the need for an interpolation of the invariant mass probability density function to perform the search. The di-photon decay channel results uses 4.8 fb−1 of data recorded at a centre-ofmass energy of √s = 7 TeV and 20.7 fb−1 at √s = 8 TeV. An excess of events is observed around a mass of 126.5 GeV with a local significance of 4.5 standard deviations. These results, combined with those obtained in the in the H → ZZ and H → WW channel confirm the discovery of a new boson with a mass of 126.0 ± 0.4(stat)±0.4(sys) GeV, consistent with the long searched-for Higgs boson. In the H → Zγ channel, the search is performed using 4.8 fb−1 at f √s = 7 TeV and 20.7 fb−1 at √s = 8 TeV. No significant deviations from the SM background expectations are observed and upper limits on the cross sections times branching ratio are set. For a mass of 125 GeV, the expected and observed limits are 13.5 and 18.2 times the SM, respectively.
Dans cette thèse, mes contributions personnelles à l'expérience ATLAS sont présentées. Elles consistent en des études de performance et des analyses physiques concernant les photons, dans le cadre de la recherche du boson de Higgs. La première partie de cette thèse contient des analyses de performance sur le détecteur. Une étude de performance du système de haute tension du calorimètre électromagnétique (EMCAL) est présentée. Plus précisément, l'effet du aux résistances d'électrodes du EMCAL sur la mesure de l'énergie est investigué, et mesuré négligeable dans la plupart des cas. Par la suite, des études de performance de la reconstruction des photons sont présentées, l'étalonnage standard du EMCAL est validé à l'aide de photons provenant de désintégrations radiatives du boson Z. La deuxième partie de ce document concerne deux analyses de physique, portant sur la recherche du boson de Higgs dans les canaux de désintégration γγ et Zγ. Ma contribution principale à ces analyses fut le développement d'un modèle analytique de résolution du signal, construit pour répondre à la nécessité d'une interpolation de la fonction de densité de probabilité de la masse invariante du signal. Les résultats présentés sur la recherche du boson de Higgs dans le canal en di-photon proviennent de 4,8 fb−1 de données enregistrées à une énergie du centre de masse de √s = 7 TeV et de 5,9 fb−1 'a √s = 8 TeV. Un excès d'événements est observé dans la distribution de masse invariante des paires de photons, aux alentours de 126,5 GeV, avec une significance locale de 4,5 déviations standard. La combinaison de ce résultat avec ceux obtenus dans les recherches du boson de Higgs dans les canaux H → ZZ et H → WW démontre l'existence d'une nouvelle particule a une masse de 126, 0±0, 4(stat.)±0, 4(syst.) GeV. Ce résultat est compatible avec le boson scalaire du modèle standard de la physique de particules. La recherche du boson de Higgs dans le canal Zγ, est effectuée à l'aide de 4, 8 fb−1 de données enregistrées à √s = 7 TeV et de 20, 7 fb−1 à √s = 8 TeV. Aucune déviation significative du bruit de fonds prédict par le modèle standard est observée. Les limites supérieures à 95% de niveau de confiance sur le produit de la section efficace avec le rapport d'embranchement sont à 18,2 (observé) et à 13,6 (attendu) fois le modèle standard pour une masse de 125 GeV.
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