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Thèse Année : 2008

ttH, H en WW avec analysis at ATLAS, LHC and very low energy electron studies of 2004 combined test beam

Analyse ttH, H EN WW avec ATLAS au LHC et étude des électrons à très basses énergie dans le test faisceau combiné 2004

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Résumé

The Higgs boson is one of the elementary particles which is predicted by the Standard Model, and which is the only one unobserved experimentally. Searching for the Higgs particles is the primary goal of many high energy experiments in the last decades. According to the Standard Model, W§, Z0 bosons obtain masses from vacuum spontaneous symmetry breaking via the Higgs Mechanism, while fermions obtain masses via Yukawa Couplings with Higgs boson. Yukawa Coupling, as one of the most important properties of Higgs boson, can distinguish whether the Higgs is Standard Model like or not. The Large Hadron Collider(LHC) at CERN is a proton-proton collider with a designed center of mass energy of 14TeV. ATLAS is a general purpose particle detector located at one of the colliding point of the LHC. Data taking is expected to start this summer. The primary physics goals of the ATLAS experiment are Higgs searches, SUSY particles searches and Electro-Weak precision measurements Using ATLAS Computing System Commissioning(CSC) Monte Carlo full simulation data of the t¹tH, H ! WW channel, this thesis studies the feasibility of measuring top-quark Yukawa Coupling up to 30fb,1 integrated luminosity, within the intermediate Higgs mass range from 120 to 200 GeV. For the rst time, trigger, pileup ects as well as all possible systematic uncertainties are extensively studied. For a Higgs mass of 160 GeV, with the detailed systematics uncertainties studied, the signal signicanc is shown to exceed 2¾ by combining two leptons and three leptons nal states together. The combined branching ratio of ¾t¹tH BRH!WW can reach an accuracy of 47%, and gives important information on the top quark Yukawa Coupling. This is the first study of the t¹tH,H WW channel based on full simulation data, including a complete and detailed study of the systematic uncertainties. The most difficult part of the t¹tH,H WW analysis is to extract signal from an abundant background since the total cross section of signal is only 0:1% of the main background. Moreover, signals have a complex final state of at least four jets, two leptons, two neutrinos, making the Higgs mass reconstruction very difficult. Lepton isolation is one of the most powerful method to suppress reducible backgrounds. This thesis develops a special Cone Isolation procedure, which suppress by a factor 5 the main t¹t background. Lepton energy scale uncertainty is one of the important systematics for the t¹tH, H WW analysis. A good linearity of Very Low Energy(VLE) electrons can improve the performance of estimating electron energy scale. The second part of this thesis presents a study of the linearity of VLE electron from 2004 ATLAS Combined Test Beam(CTB) data. First, a method based on beam chamber information is used to extract the linearity on a event by event basis. Then, a method based on calibration constants from 5 X5 Multiple Seeding Clustering is presented, and tested on MC data only, showing a possible method to further improve the linearity of VLE electron energy on real data.
Le boson de Higgs est l'une des particules elementaires predites par le modele standard, et la seule pas encore observee experimentalement. La recherche de la particule de Higgs est l'objectif premier de nombreuses experiences à haute energie au cours des dix dernieresannees. Selon le modele standard, les bosons W, Z0 bosons obtiennent leurs masses de la brisure spontanee de la symetrie du vide par le mecanisme de Higgs, tandis que les fermions obtiennent leurs masses par couplage de Yukawa avec le boson Higgs. Ce couplage est une des plus importantes proprietes du Higgs et permet de distinguer si il est de type modele standard ou non. Le Grand Collisioneur de Hadron (Large Hadron Collider ou LHC) au CERN est un collisionneur proton-proton avec une energie dans le centre de masse de 14 TeV. ATLAS est un detecteur de particules de type generaliste situe aupres d'un des points de collision du LHC. Le debut de la prise des donnees est prevue pour cet ete. Les principaux objectifs de physique de l'experience ATLAS sont les recherches du boson de Higgs, de particules SUSY et les mesures de precision electro-faibles. Utilisant des donnees Monte-Carlo ATLAS CSC (Computing System Commissioning) en simulation complµete du canal t¹tH;H ! WW, cette these presente une etude de la mesure du couplage de Yukawa du quark top pour une lumisosite integree de 30fb 1 dans la gamme de masses du boson de Higgs allant de 120 a 200GeV=c2. Pour la premiµere fois, les effets du systeme de declenchement, de l'empilement des evenements, ainsi que de toutes les erreurs systematiques possibles ont ete extensivement etudies. Pour une masses du Higgs de 160GeV=c2, en incluant toutes les erreures systematiques, la signicance obtenue du signal est superieure µa 2¾ en combinant les etats naux a deux et trois leptons. Le rapport d'embranchement combine ¾ t¹tH BrHWW peut atteindre une precision de 47 % et donner des informations importantes sur le couplage de Yukawa du quark top. C'est la premiere etude du canal t¹tH;H WW en simulation detaillee du detecteur ATLAS, incluant une etude complete et detaillee des erreurs systematiques. La partie la plus dicile de l'analyse de t¹tH;H WW est d'extraire le signal du bruit de fond abondant car la section efficace du signal est seulement 0:1% de celle du bruit de fond tt. En outre, le signal presente un etat final complexe d'au moins quatre jets, deux leptons et deux neutrinos qui rendent tres diffcile la reconstruction du spectre de masse du Higgs. L'isolation leptonique est un des moyens les plus importants pour supprimer le bruit de fond reductible. Cette these developpe une procedure dediee d'isolation en cone permettant de supprimer le bruit principal t¹t par un facteur 5. L'incertitude sur l'echelle d'energie leptonique est l'une des principales sources d'incertitude systematique pour cette analyse t¹tH;H WW. Une bonne linearite de reponse pour des electrons de tres basses energies (VLE) permettrait d'ameliorer la performance de l'estimation de l'echelle d'energie des electrons. Cette these comprend egalement une etude de la linearite de la reponse à des electrons VLE avec des donnees de tests en faisceau combine (CTB) d'un secteur du detecteur ATLAS. Une premiere methode basee sur l'utilisation, evenement par evenement, de chambreà fils proche du faisceau est presentee. Puis une autre methode est etudiee par simulation Monte-Carlo. Elle est basee sur l'utilisation d'un etalonnage s'appuyant sur une constante de calibration obtenue par une aggregation des energies par graine multiple de 5 par 5. Les resultats de simulation de cette methode permettent d'envisager une amelioration future de la linearite de reponse à des electrons VLE.
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Dates et versions

tel-00366852 , version 1 (09-03-2009)

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  • HAL Id : tel-00366852 , version 1

Citer

H. Zhang. ttH, H en WW avec analysis at ATLAS, LHC and very low energy electron studies of 2004 combined test beam. Physics [physics]. Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00366852⟩
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