Search for the decay $H\to b\overline{b}$ of the standard model Higgs boson produced in association with hadronically decaying top quarks in $pp$ collisions 8 TeV with the ATLAS detector at the LHC - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2015

Search for the decay $H\to b\overline{b}$ of the standard model Higgs boson produced in association with hadronically decaying top quarks in $pp$ collisions 8 TeV with the ATLAS detector at the LHC

Recherche de la desintegration du boson de Higgs du modele standard dans le canal $H\to b\overline{b}$ en production associe avec une paire de quarks to-antitop dans les collisions $pp$ a une energie de 8 TeV au centre de masse avec le detecteur ATLAS au LHC

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Abstract

In 2012 a new particle was discovered at the Large Hadron Collider (LHC) by the ATLAS and CMS experiments, that is likely to be the Brout-Englert-Higgs boson, hereafter called Higgs boson for simplicity, predicted by the Standard Model (SM) of particle physics. To asses if this newly discovered particle is indeed the one predicted by the SM, the measurement of its properties is necessary. One of the most important properties to be measured is its coupling to the top quark. This is because the coupling of the Higgs boson to fermions is proportional to fermions' masses. As the top-quark is the heaviest known elementary particle, the strength of this coupling is of the order of 1. A precise measurement of this parameter can give hints on the energy scale where physics beyond the SM can manifest itself. A direct test of this parameter is the measurement of the Higgs boson production cross section in association with a pair of top anti-top quarks ($t\overline{t}H$). In this doctoral thesis the search of the $t\overline{t}H$ ($H\to b\overline{b}$) process is presented in the topology where the two top quarks are decaying hadronically. The combination of all $t\overline{t}H$ searches performed by ATLAS in Run 1 is also presented. The fully hadronic analysis uses 20.3 fb$^{-1}$ at $\sqrt{s}= 8$~TeV, collected with the ATLAS detector during Run 1 of the LHC. The search uses events with at least five energetic jets and uses a boosted decision tree to discriminate the signal from the overwhelming multijet background which is estimated using a new data driven technique. Moreover, for this analysis, new techniques have been developed for the estimation of trigger efficiencies and scale factors. For a Higgs Boson mass of 125 GeV, a 95\% CL upper limit of 6.5 (resp. 5.4) times the SM cross section is observed (resp. expected). A $t\overline{t}H$ signal strength $\mu = 1.6 \pm 2.6$ times the SM value is obtained. After combination of all $t\overline{t}H$ searches carried out by ATLAS in Run 1, an 95\% CL upper limit of 3.12 (resp. 1.44) is observed (resp. expected) with a signal strength of $\mu = 1.7 \pm 0.8$. The fully hadronic $t\overline{t}H$ ($H\to b\overline{b}$) analysis presented in this doctoral thesis is the first one performed in this channel at the LHC.
En 2012, une nouvelle particule a \'et\'e d\'ecouverte au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) qui est susceptible d'\^etre identifi\'e comme le boson de Brout-Englert-Higgs, ci-apr\`es appel\'ee boson de Higgs, pr\'evu par le Mod\`ele Standard (SM) de la physique des particules. Pour d\'eterminer si cette particule est bien celle pr\'evue par le SM, les mesures de ses propri\'et\'es sont n\'ecessaires. Une des propri\'et\'es les plus importantes \`a mesurer est le couplage avec le quark top. Le couplage du boson de Higgs aux fermions est proportionnel aux masses des fermions. Etant donn\'e que le quark top, est la particule \'el\'ementaire connue la plus lourde, l'intensit\'e de ce couplage est de l'ordre de 1. Une mesure pr\'ecise de ce param\`etre peut donner des renseignements sur l'\'echelle d'\'energie o\`u la physique au-del\`a du SM peut se manifester. Un test direct de ce param\`etre est la mesure de la section efficace de production du boson de Higgs en association avec une paire de quarks top anti-top ($t\overline{t}H$). Dans cette th\`ese de doctorat la recherche du processus $t\overline{t}H$ ($H\to b\overline{b}$) est pr\'esent\'ee dans la topologie o\`u les deux quarks top se d\'esint\`egrent hadroniquement. La combinaison de toutes les recherches \ttH effectu\'ees par ATLAS au Run 1 est \'egalement pr\'esent\'ee. L'analyse dans le canal de d\'esint\'egration compl\`etement hadronique utilise 20,3 fb$^{-1}$ \`a $\sqrt{s} = 8$~TeV, recueillies avec le d\'etecteur ATLAS au cours du Run 1 du LHC. La recherche utilise des \'ev\'enements avec au moins cinq jets \'energiques et utilise la technique du ``boosted decision tree'' pour discriminer les \'ev\'enement du signal de ceux provenant du dominant fond multijet qui est estim\'e \`a partir des donn\'ees gr\^ace \`a une nouvelle technique bas\'ee sur des donn\'es non simul\'ee. En plus, pour cette analyse, de nouvelles techniques ont \'et\'e d\'evelopp\'ees pour l'estimation de l'efficacit\'e du trigger utilis\'e et des facteurs d'\'echelle. Pour une masse du boson de Higgs de 125~GeV, une limite sup\'erieure \`a 95\% CL de 6.5 (resp. 5.4) fois la section efficace du SM est observ\'ee (resp. attendue). Une intensit\'e du signal $t\overline{t}H$, $\mu = 1.6 \pm 2.6$ fois la valeur du SM est obtenue. Apr\`es combinaison des recherches $t\overline{t}H$ effectu\'ees par ATLAS dans le Run 1, un limite sup\'erieure \`a 95\% CL est observ\'ee (resp. attendue) de 3.12 (resp. 1.44) avec une intensit\'e du signal de $\mu = 1.7 \pm 0.8$. L'analyse du canal $t\overline{t}H$ ($H\to b\overline{b}$) compl\`etement hadronique pr\'esent\'ee dans cette th\`ese de doctorat est la premi\`ere effectu\'ee dans ce canal au LHC.
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tel-01326964 , version 1 (15-06-2016)

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  • HAL Id : tel-01326964 , version 1

Cite

Daniele Madaffari. Search for the decay $H\to b\overline{b}$ of the standard model Higgs boson produced in association with hadronically decaying top quarks in $pp$ collisions 8 TeV with the ATLAS detector at the LHC. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Aix Marseille Université, 2015. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01326964⟩
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