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Theses Year : 2010

A new LHC search channel for a light Higgs boson and associated QCD calculations

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Abstract

This thesis addresses various topics related to LHC studies and predictions. We were first interested in a boosted ($p_t>200$ GeV) light Higgs boson at the LHC ($M_H\simeq 120$ GeV) in the $pp\rightarrow WH$ and $pp\rightarrow ZH$ search channels with $H\rightarrow b\bb$. We showed how these challenging channels can be recovered as promising search channels using a subjet analysis procedure in two steps: a ``mass-drop'' analysis, which allows one to reduce the large QCD backgrounds, and a ``filtering'' analysis, which improves the resolution on the reconstructed Higgs jet mass. Then we focused on the filtering analysis, which allows one to suppress the diffuse background from the underlying-event and pile-up, which are mainly responsible for the bad Higgs mass resolution. We optimised its parameters using semi-analytical calculations which led us to examine the structure of the non-global logarithms that appear in this problem. Finally, we studied some processes whose perturbative series converges poorly at next-to-leading (NLO) order for some observables, a property that we had noticed in the Z+jet and W+jet processes at high-$p_t$ during our Higgs analysis. This is important because it leads to questions about the reliability of the predictions resulting from perturbative calculations. It thus becomes necessary to examine higher-order corrections. The method that we developed, called ``LoopSim'', consists in approximating these higher-order corrections by merging different orders of perturbation theory such that all infra-red and collinear divergences are cancelled.
Cette thèse a pour objet l'étude de divers sujets liés à la physique du LHC et à ses prédictions. Nous nous sommes dans un premier temps intéressés à la recherche au LHC d'un boson de Higgs léger ($M_H\simeq 120$ GeV) et boosté ($p_{t,H}>200$ GeV) dans le canal $pp\rightarrow WH$ et $pp\rightarrow ZH$ avec $H\rightarrow b\bar b$. Nous avons montré comment, à partir d'une analyse de la sous-structure des jets en deux étapes respectivement appelées ``mass-drop'' et ``filtering'', il est possible de réduire de manière significative les divers backgrounds (mass-drop) et d'améliorer la résolution en masse lors de la reconstruction du Higgs (filtering). Cela nous a permis de rendre prometteur ce canal de recherche au LHC, longtemps considéré comme trop difficile. A partir de là nous nous sommes concentrés plus particulièrement sur la procédure du ``filtering'', qui permet de supprimer autant que possible l'effet du bruit de fond diffus que constituent l'underlying-event et le pile-up, en majeur partie responsable de la dégradation de la résolution. Nous avons optimisé ses paramètres à partir d'une analyse semi-analytique, ce qui nous a conduits à l'étude de la structure des ``non-global'' logarithms qui interviennent lors du calcul de la distribution en masse du Higgs. Finalement, nous nous sommes penchés sur les processus dont la série perturbative présente une mauvaise convergence au next-to-leading (NLO) order pour certaines observables, une caractéristique que nous avions en particulier remarquée pour les processus Z+jet et W+jet à grand $p_t$ lors de notre première étude sur le Higgs. Cet aspect est important car cette mauvaise convergence induit une perte de confiance sur les prédictions résultant des calculs perturbatifs. Il devient donc nécessaire d'examiner les ordres supérieurs, ce que permet de façon approximative un nouvel outil que nous avons élaboré, appelé ``LoopSim'', qui combine divers ordres de la théorie des perturbations de manière à annuler les divergences molles et collinéaires qui apparaissent inévitablement.
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Dates and versions

tel-00508770 , version 1 (05-08-2010)

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  • HAL Id : tel-00508770 , version 1

Cite

Mathieu Rubin. A new LHC search channel for a light Higgs boson and associated QCD calculations. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00508770⟩
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