A precise Higgs mass measurement at the ILC and test beam data analyses with CALICE
Résumé
Utilizing Monte Carlo tools and test-beam data, some basic detector performance properties are studied for the International Linear Collider (ILC). The contributions of this thesis are mainly twofold, first, a study of the Higgs mass and cross section measurements at the ILC (with full simulation to the e^ e^- → HZ → Hμμ channel and backgrounds); and second, an analysis of test-beam data of the Calorimeter for Linear Collider Experiment (CALICE). For a most general type of Higgs particle with 120GeV the mass, setting the center-of-mass energy to 230GeV and with an integrated luminosity of 500fb^-1, a precision of 38.4MeV is obtained in a model independent analysis for the Higgs boson mass measurement, while the cross section could be measured to 5%; if we make some assumptions about the Higgs boson's decay, for example a Standard Model Higgs boson with a dominant invisible decay mode, the measurement result can be improved by 25% (achieving a mass measurement precision of 29MeV and a cross section measurement precision of 4%). For the CALICE test-beam data analysis, our work is mainly focused upon two aspects: data quality checks and the track-free ECAL angular measurement. Data quality checks aim to detect strange signals or unexpected phenomena in the test-beam data so that one knows quickly how the overall data taking quality is. They also serve to classify all the data and give useful information for the later offline data analyses. The track-free ECAL angular resolution algorithm is designed to precisely measure the direction of a photon, a very important component in determining the direction of the neutral components in jets. We found that the angular resolution can be well fitted as a function of the square root of the beam energy (in a similar way as for the energy resolution) with a precision of approximately 80mrad / √E/GeV in the angular resolution.
En utilisant les outils de Monte Carlo et les données de test en faisceau, la performance d'un détecteur au futur collisionneur linéaire international a été étudiée. La contribution de cette thèse porte sur deux parties; d'une part sur une mesure de précision de la masse du boson Higgs et de la section efficace de la production avec le processus e^+e^- → HZ où le boson Z se désintègre en paire μ^+μ^− et d'autre part sur une analyse des données de test en faisceau de la collaboration CALICE (CAlorimeter for Linear Collider Experiment). Pour un Higgs de 120GeV, nous avons obtenu une précision de 38.4MeV sur la masse de Higgs et de 5% sur la section efficace en choisissant une énergie dans le centre de masse optimale de 230 GeV et avec une luminosité intégrée de 500 fb^-1. Ces résultats sont indépendants d'un modèle de Higgs donné puisque aucune information sur la désintégration du Higgs n'a été utilisée dans l'analyse. Si on suppose que le Higgs est celui du modèle standard ou il se désintègre principalement en particules invisibles, la précision peut être améliorée de façon significative (29MeV pour la masse et 4% pour la section efficace). Pour l'analyse des données de test en faisceau, mon travail concerne deux aspects. Premièrement une vérification sur la qualité des données en temps quasi réel et deuxièmement une mesure précise sur la résolution angulaire d'une gerbe électromagnétique dans le calorimètre prototype utilisé dans le test en faisceau. Le but pour la vérification de la qualité des données est de détecter des problèmes éventuels sur l'ensemble du détecteur y compris l'électronique, le système de haute tension et d'acquisition, et de classer des différentes données pour faciliter les analyses offlines. Pour déterminer la résolution angulaire du calorimètre électromagnétique, nous avons développé un algorithme qui est basée uniquement sur le dépôt d'énergie dans différentes cellules produites par le faisceau d'électrons sans utilisant l'information du détecteur de trace devant le calorimètre. Celle-ci est importante pour pouvoir identifier le composant neutre d'un jet. Nos résultats montrent que la dépendance de la résolution angulaire en énergie du faisceau est similaire à celle de la résolution en énergie et peut être décrite par (74/√(E/GeV)＋ 8.7)mrad.
Domaines
Physique [physics]
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