Di-photon cross section measurement and Higgs sensitivity study in the two-photon final state with the ATLAS detector
Mesure de la section efficace de production de paires de photons et étude de sensibilité de recherche du Higgs dans le canal H → γγ avec le détecteur ATLAS
Résumé
This work is done with the ATLAS collaboration. Three independent methods are proposed to measure the photon trigger efficiency. They are first evaluated using Monte Carlo simulation and then applied on 2010 data. The two photon-based methods show consistent results, with efficiency discrepancy at a few % level. For the method based on electron sample, the statistics is too low to draw conclusion. A detailed QCD di-photon cross-section measurement is performed on a data sample corresponding to a luminosity of 37.2 +/-1.2 pb−1, in which a 2D fit method is introduced to extract the signal yields. The differential distributions of the observables Mγγ, pT γγ and Δϕγγ are derived and compared with the predictions from the DIPHOX and RESBOS generators. A good agreement is found for the Mγγ distribution, whereas discrepancies are observed in the pTγγ and Δϕγγ distributions. In the study of the H → γγ channel based on a simulated sample, a deterioration of 4% in the exclusion limit is observed after incorporating the systematic uncertainty arising from the resolution of the di-photon invariant mass. In the real data analysis, the 2D fit method is also applied to decompose the backgrounds in the di-photon candidate invariant mass range [100, 150] GeV. The sensitivity of the Higgs boson search in the two photon final state is then reappraised. 3.2−4.2 times the SM predicted cross-section in the 110−140 GeV mass range is expected to be excluded with 1fb−1 of data at √s = 7 TeV.
Ce travail de thèse a été effectué auprès du détecteur ATLAS. Trois méthodes indépendantes sont proposées pour mesurer l'efficacité du déclenchement basé sur la détection de photons. Elles sont d'abord évaluées à l'aide de simulations Monte-Carlo, puis appliquées sur les données enregistrées en 2010. Les deux méthodes utilisant des lots de photons montrent des résultats cohérents au niveau de quelques pourcents. Pour la méthode basée sur un lot d'électrons, la taille du lot est trop faible pour tirer des conclusions. Une mesure de la section efficace de production QCD de di-photons est effectuée sur les données 2010, correspondant à une luminosité de 37.2+/-1.2 pb-1. Elle se base sur une méthode d'ajustement bi-dimensionnel pour extraire le signal. Les sections efficaces en fonction des observables Mγγ, pT γγ et Δφγγ sont comparées avec les prédictions des générateurs DIPHOX et RESBOS. Un bon accord est trouvé pour la variable Mγγ, tandis que des écarts sont observés dans les distributions pTγγ et Δφγγ. Dans l'étude du canal H → γγ basée sur échantillon simulé, une détérioration de 4% dans la limite d'exclusion est observée après incorporation de l'incertitude systématique découlant de la résolution sur la masse invariante de la paire de photons. Dans l'analyse des données réelles, la méthode d'ajustement 2D est également appliquée pour décomposer le bruit de fond dans la gamme de masse invariante [100, 150] GeV. La sensibilité de la recherche du boson de Higgs dans ce canal est alors réévaluée. Dans la gamme de masse [110-140] GeV, une production de Higgs de 3.2 à 4.2 le Modèle standard devrait être exclue avec 1fb-1 de données à √ s = 7 TeV.
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