In-situ measurement of the electromagnetic calorimeter uniformity and search for the first di-photon events in ATLAS
Mesure in situ de l'uniformité du calorimètre électromagnétique et recherche des premiers événements di-photons dans ATLAS
Résumé
The search for a light Higgs boson in the H --> gamma gamma channel with the ATLAS experiment demands excellent performance of the electromagnetic calorimeter, as well as a good understanding of the backgrounds. This work is organized in two main points. One point is about the operation and performance of the electromagnetic calorimeter. First, developments are brought to the Liquid Argon calorimeters online reconstruction code, and its algorithms are validated, which includes the development of an online monitoring. Then, two independent measurements of the electromagnetic calorimeter uniformity of response are proposed : one with the signal deposited by cosmic muons on an effective coverage of about 20%, and one with pi0 --> gamma gamma events in the first collisions at sqrt(s) = 7 TeV with an integrated luminosity of L = 414.8 μb−1. The measurement with cosmic muons shows that the non-uniformities in the eta direction are found to not exceed 1.0% in the middle layer and 1.7% in the first layer, at the 95% Confidence Level. With the pi0 --> gamma gamma events, these results are improved and lead to a dispersion of the response between data and simulation of less than 0.7% in the three cryostats (barrel and endcaps), which is the level expected at the start-up of the experiment. The second main point of this thesis is the extraction of a non-resonant di-photon signal, for which two methods are presented. The first method is a two-step purity measurement using an extrapolation of the background from background-enriched control regions, into a signal region. The second method uses a 4x4 efficiency matrix fully determined from simulation and is applied on an event-by-event basis. These methods are applied to collision data corresponding to L = 2.82 pb−1. A direct di-photon signal yield of 108.6 ± 19.5 (stat.) ± 34.5 (syst.) is extracted, with a purity of (65.1 ± 8.6 (stat.) ± 8.7 (syst.))%.
La recherche d'un boson de Higgs léger dans le canal H --> gamma gamma dans l'expérience ATLAS nécessite d'excellentes performances du calorimètre électromagnétique et une bonne compréhension des bruits de fond. Ce travail de thèse s'articule donc autour de deux points. Le premier concerne le fonctionnement et les performances du calorimètre électromagnétique. D'abord, des développements sont apportés au code de reconstruction online des calorimètres à Argon liquide, et ses algorithmes sont validés, ce qui inclut un contrôle des données en ligne. Ensuite, deux mesures indépendantes de l'uniformité du calorimètre électromagnétique tonneau sont réalisées, l'une avec les muons cosmiques et portant sur une couverture effective d'environ 20% du calorimètre, et l'autre avec les événements pi0 --> gamma gamma dans les premières collisions à sqrt(s) = 7 TeV, avec une luminosité intégrée de L = 414.8 μb−1. La mesure sur les muons montre que les non-uniformités dans la direction eta sont inférieures à 1.0% dans le compartiment milieu et 1.7% dans le compartiment avant, à 95% de niveau de confiance. Avec les pi0, ces résultats sont améliorés et aboutissent à une dispersion de la réponse entre données et simulation inférieure à 0.7% dans les trois cryostats (tonneaux et bouchons), ce qui est au niveau des performances attendues au démarrage. Le deuxième axe de cette thèse concerne l'extraction de paires non-résonnantes de photons. Deux méthodes sont présentées. La première est une double mesure de pureté utilisant une extrapolation du bruit de fond à partir de régions enrichies en bruit de fond vers une région de signal. La seconde méthode est basée sur une matrice d'efficacités de taille 4x4, entièrement déterminée par la simulation et appliquée événement par événement. Ces méthodes sont appliquées aux données de collision, correspondant à une luminosité intégrée de L = 2.82 pb−1. Un signal di-photons direct de 108.6 ± 19.5 (stat.) ± 34.5 (syst.) avec une pureté de (65.1 ± 8.6 (stat.) ± 8.7 (syst.))% est extrait.