A Highly Granular Silicon-Tungsten Electromagnetic Calorimeter and Top Quark Production at the International Linear Collider

Calorimètre électromagnétique silicium-tungstène hautement granulaire et Production du quark top à l'International Linear Collider

Jérémy Rouëné (1)

1 LAL - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire

This thesis deals with two aspects of the International Linear Collider (ILC) which is a project of a linear electron-positron collider of up to at least 500 GeV center of mass energy.The first aspect is the development of a silicon-tungsten electromagnetic calorimeter (SiW-ECAL) for one of the detectors of the ILC. The concept of this detector is driven by the ILC beam specifications and by the Particle Flow Algorithm (PFA). This requires highly granular calorimeter and very compact one with integrated electronics. To prove the capability of the SiW- ECAL a technological prototype has been built and tested in test beam at DESY. The results are presented here, and show, after the calibration procedure a signal over noise ratio of 10, even in the power pulsing mode.The second aspect is the study of one of the important physics channels of the ILC, the top anti-top quark pairs production. The main goal of this study is to determine the precision that we can expect at the ILC on the top coupling with the W boson and the photon. To get this precision differents observables are used, the cross- section, the forward- backward asymmetry and the helicity distribution of the top anti-top quark pairs production. The analysis is based on the events with polarized beams and reconstructed with the full simulation of the ILD detector, which is the detector of the SIW- ECAL, for the Detector Baseline Design of the ILD. The final expected errors on the top coupling is of the order of 2%.

Cette thèse porte sur deux aspects de l'International Linear Collider (ILC) qui est un projet d'un collisionneur linéaire électron-positron avec une énergie dans le centre de masse pouvant aller jusqu'à 500 GeV.Le premier aspect est l'élaboration d'un calorimètre électromagnétique silicium-tungstène (SiW-ECAL) pour l'un des détecteurs de l'ILC. Le concept de ce détecteur est piloté par les spécifications du faisceau de l'ILC et par l'algorithme du Particle Flow (PFA). Cela nécessite un calorimètre hautement granulaire et très compact avec l'électronique directement intégrée à l'intérieur. Pour prouver les capacités du SiW-ECAL, un prototype technologique a été construit et testé en faisceau de test à DESY. Les résultats sont présentés ici et montrent, après la procédure de calibration, un signal sur bruit de 10, même en mode power pulsing.Le deuxième aspect est l'étude de l'un des canaux physique importants de l'ILC, la production de pairs de quark top anti-top. L'objectif principal de cette étude est de déterminer la précision que nous pouvons attendre à l'ILC sur le couplage du top avec le boson W et le photon. Pour obtenir cette précision différentes observables sont utilisées, la section efficace, l'asymétrie avant-arrière et la distribution d'hélicité de la production de pairs de quark top anti-top. L'analyse est basée sur les événements avec des faisceaux polarisés et reconstruit avec la simulation complète du détecteur ILD, qui est le détecteur du SiW-ECAL, pour le Detector Baseline Design de l'ILD. Au final l'erreur attendue sur le couplage du quark top est de l'ordre de 2%.

Mots clés: Calorimeter; Particles physics; ILC; CALICE

Mots clés: Calorimètre; Physique des particules; Quark top; ILC; CALICE

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

Jérémy Rouëné. A Highly Granular Silicon-Tungsten Electromagnetic Calorimeter and Top Quark Production at the International Linear Collider. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Université Paris Sud - Paris XI, 2014. English. ⟨NNT : 2014PA112126⟩. ⟨tel-01062136⟩