Towards a measurement of the W-boson inclusive production cross section in the electron-neutrino channel in the ATLAS experiment at LHC

Vers une mesure de la section efficace de production inclusive du boson W en électron-neutrino dans l'expérience ATLAS au LHC

T. Guillemin (1)

1 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules

The charged W boson will be abundantly produced at the Large Hadron Collider (LHC) in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 14 TeV: its frequency production is 1 Hz at low luminosity. Its decay in the electron channel will have a clear signature in the ATLAS detector, defined by a high transverse momentum electron and a high missing transverse energy. The ATLAS detector is a multi-purposes detector made up of a tracker, an electromagnetic calorimeter, a hadronic calorimeter and a muon spectrometer. It is fully installed in its cavern and recorded data with the first LHC beam in September 2008.
A first part of the thesis presents a full analysis strategy for the W-boson inclusive production cross section with the first ATLAS data, maximizing the inputs from real data with respect to simulated ones. The main contributions to the systematical uncertainty are identified and estimated: a measurement precision better than 10% will be reachable from the first phase of the experiment. A second part is dedicated to the time alignment of the liquid argon calorimeters readout channels, a required step to reach the nominal performances. Timing constants are computed from the data recorded in September 2008: they will allow a time alignment of all channels at a 2-3 ns level for the start-up.

Le boson chargé W sera abondamment produit au Large Hadron Collider (LHC) dans des collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de 14 TeV: sa fréquence de production est 1 Hz à basse luminosité. Sa désintégration dans le canal électron aura une signature claire dans le détecteur ATLAS, marquée par un électron de haute impulsion transverse et une énergie transverse manquante élevée. Le détecteur ATLAS est un détecteur généraliste constitué d'un détecteur de traces, d'un calorimètre électromagnétique, d'un calorimètre hadronique et d'un spectromètre à muon. Entièrement installé dans sa caverne, il a enregistré des données avec le premier faisceau du LHC en septembre 2008.
Une première partie de la thèse consiste dans le développement d'une stratégie d'analyse pour la mesure de la section efficace de production inclusive du boson $W$ avec les premières données d'ATLAS, maximisant l'utilisation des données par rapport aux simulations Monte-Carlo. Les principales sources d'incertitude systématique sont mises en évidence et étudiées: une précision sur la mesure meilleure que 10% sera accessible dès la première phase de l'expérience. Une seconde partie est consacrée à l'alignement en temps des canaux de lecture des calorimètres à argon liquide, étape nécessaire pour atteindre les performances nominales. Des constantes de temps sont calculées à partir des données enregistrées en septembre 2008: elles permettront d'assurer un alignement en temps à 2-3 ns de tous les canaux pour les premières collisions

Mots clés: W-boson; electromagnetic calorimeter; timing; alignment

Mots clés: LHC; ATLAS; boson W; électron; calorimètre électromagnétique; temps; alignement

Domaines: Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]

T. Guillemin. Vers une mesure de la section efficace de production inclusive du boson W en électron-neutrino dans l'expérience ATLAS au LHC. Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]. Université de Savoie, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00413865⟩