Probing top quark and Higgs boson production in multi-jet events at the LHC with the ATLAS detector
Sonder la production du quark top et du boson de Higgs dans les événements multi-jet avec expérience ATLAS auprés du LHC
Résumé
The ATLAS detector is a general-purpose detector located at the Large Hadron Collider (LHC). It aims at the discovery of new physics phenomena and improving our knowledge of the Standard Model (SM). The LHC is an hadron collider designed to provide proton proton collisions at 14 TeV center-of-mass energy and 1034cm-2s-1 peak luminosity. The ATLAS experiment collected 4.7 fb-1 pp collisions delivered by the LHC at a centre-of-mass energy of 7 TeV in 2011 and about 20 fb-1pp collisions in 2012 at a centre-of-mass energy of 8 TeV. The thesis reports the measurement of top-anti top cross section performed using the 4.7 fb-1 data recorded by the ATLAS detector during the 2011 data-taking campaign with a center-of-mass energy of 7 TeV. The top-anti top pair decay mode investigated is the all-hadronic, where both the W bosons, produced in the top quark disintegration, decay in a quarks pair. The all-hadronic decay mode has the advantage of a high branching fraction, about 46%, but on the other hand it suffers from an irreducible QCD multi-jet background. The main background is coming from the QCD processes with at least six quaks or gluons in the final state. This processes is estimated using dedicated data-driven techniques. The measured total cross section is 168±12 (stat.) +60/-57(syst.) ± 7 (lum.) pb. The thesis presents also the first search for the Higgs boson produced in the association with a top quark pair, where the Higgs boson decays in a bottom quark pair and the top-anti top pair in the fully hadronic mode. The analysis is performed on the same data sample used in the top-anti top cross section measurement. The main backgrounds of the ttH signal come from the tt + jets production and from the QCD multi-jet process. The former is estimated using the Monte-Carlo simulation, instead the latter using a dedicated data-driven technique. The aim of this study it is to show the power of fully hadronic channel looking at the signal-over-square root of background achieved in the signal regions and making a comparison with the public results presented by the ATLAS in the semileptonic channel.
Le détecteur ATLAS est un expérience généraliste placé auprès du collisionneur proton-proton circulaire de 27 Km de circonférence, LHC. Le LHC est conçu pour produire des collisions avec une énergie nominale au centre de masse de l'ordre de 14 TeV et une luminosité instantané de 1034cm-2s-1.Il donne accès à des processus à l'échelle du TeV. En 2010 et 2011 le LHC a fournit des collisions proton-proton avec une énergie dans le centre de masse de 7 TeV donnant la possibilité d'enregistrer plus de 5 fb-1 de données. En 2012 le LHC a ensuite fournit des collisions avec une énergie dans le centre de masse de 8 TeV. La présente thèse traite de la mesure de la section efficace de production des paires de quarks top anti-top dans le mode de désintégration complètement hadronique utilisant les données enregistrées par l'expérience ATLAS en 2011 avec une énergie dans le centre de masse de 7 TeV correspondant à une luminosité intégrée de 4.7 fb-1. Le canal complètement hadronique a l'avantage d'être caractérisé par un rapport d'embranchement de 46%. Il souffre par contre d'un bruit de fond multi-jet QCD élevé. Le principal bruit de fond pour la production des paires des quark top-antitop est dû aux processus QCD avec au mois six de quarks/gluons dans l'état final. Ce bruit de fond n'est malheureusement pas bien connu et donc difficile à reproduire par simulation Monté-Carlo. Il est estimé à partir des données. La section efficace ainsi mesuré est 168±12 (stat.) +60/-57(syst.) ± 7 (lum.) pb. La deuxième analyse présentée dans la cette thèse se focalise sur la recherche du boson du Higgs produit en association avec une paire de quark top, où le boson de Higgs se désintégré en paires de quarks b, et le système top-anti-top se désintégrant dans le canal complètement hadronique. L'analyse est effectuée sur les mémés données utilisées par la mesure de la section efficace top-anti top. Deux bruits de fond principaux peuvent être distingués: la production des paires de quarks top avec la présence des jets supplémentaires et la production QCD. Le premier bruit de fond est estimé en utilisant le modelé Monté-Carlo différenciant la production de jets légers des jets lourds. Le deuxième bruit de fond est estimé avec les données. Le but de cette étude est de montrer le potentiel du canal complètement hadronique en regardant le signal sur la racine du bruit du fond dans les régions de signal et en faisant une comparaison avec les résultats publics présentés par l'ATLAS dans le canal semileptonic.
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