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Thèse Année : 2016

Study of the properties of the Higgs boson in the decay channel to a b-quark pair with the ATLAS experiment at the LHC

Etude des propriétés du boson de Higgs dans les désintégrations en deux quark b dans l’experience ATLAS au LHC

Résumé

This thesis focuses on two separate research axes: first, the search for the Standard Model (SM) Higgs boson $H$ in the associated production mode ($VH$) decaying to b-quark pairs, with data collected at $\sqrt{s}=$7 TeV and 8 TeV during the LHC Run-1, and separately at $\sqrt{s}=$13 TeV during the LHC Run-2 (until July 2016). Furthermore, the search for a high-mass CP-odd pseudoscalar $A$ boson decaying to $Zh$ pairs, with the $h$ being a SM Higgs-like boson decaying to bottom-quark pairs, with data collected at $\sqrt{s}=$13 TeV during the LHC Run-2 (until December 2015).\\ The event selection, the analysis techniques, the main backgrounds and their modeling, the signal properties, and the statistical discrimination between the signal and background in data are discussed for all analyses presented in this document, as well as the interpretation of the results.\\ In the SM $VH(b\bar{b})$ channel no clear excess over the background prediction is observed in the analyses of the LHC Run-1 and Run-2 datasets. From the Run-1 data analysis the observed (expected) significance under the hypothesis of a SM Higgs boson can be quoted at $\sigma_{obs(exp)}= 1.4(2.6)$ , with a ratio of the measured signal yield to the Standard Model expectation (signal strength) of $\mu = 0.51 \pm 0.31\text{(stat.)}\pm 0.24\text{(syst.)}$. The significance of the Run-2 data analysis is $\sigma_{obs(exp)} = 0.42(1.94)$, with a signal strength of $\mu = 0.21 ^{+0.36}_{-0.35} \text{(stat.)} \pm 0.36 \text{(syst.)}$, corresponding to a 95\% observed upper limit on the cross section times branching ratio $pp \rightarrow (W/Z)(H \rightarrow b\bar{b})$ of $1.2$ times the SM prediction, compared to the limit of $1.0^{+0.4}_{-0.3}$ expected in the absence of a SM Higgs signal.\\ In the search for a CP-odd pseudoscalar $A$ boson two upward deviations from the background-only hypothesis are observed, for masses of the $A$ boson of $m_A = 260$ GeV and $440$ GeV, with a local significance of approximately 2$\sigma$. No other significant excess over the background prediction is found, therefore 95\% upper limits are set on the production cross sections times branching fractions, $\sigma(pp\rightarrow A)\times BR(A\rightarrow Zh)\times BR(h\rightarrow b\bar{b})$, in the range of $[4.0,\:0.017]$ pb ($[6.9,\:0.026]$ pb) for $m_A = [220, 2000]$ GeV assuming gluon-fusion (b-quark-associated) exclusive production, which are furthermore interpreted in the context of 2HMDs as constraints in the $\tan(\beta)$ and $\cos(\beta-\alpha)$ parameter plane.
Cette thèse est composée de deux analyses principales: la recherche du boson the Higgs (H) produit en association avec an boson vecteur (VH) dans le canal de désintégration en deux quark-b, dans le Modèle Standard (SM), avec les données du LHC Run-1 (jusqu’à Juillet 2016); la recherche d’un boson d’haute masse A, CP-odd et pseudo-scalar, dans la désintégration dans une paire ZH, avec la désintégration du H en deux quark-b, dans les données du LHC Run-2 (jusqu’à Décembre 2015). Le document est constitué de quatre Chapitres générales et trois Chapitres d’analyse: on donne une description théorétique de la physique du particule, une présentation du LHC et du détecteur ATLAS, un exposé des méthodes statistiques utilisés et des techniques de reconstruction des évènements dans ATLAS. Les Chapitres d’analyse présentent: la recherche des processus VH SM avec les données du Run-1 et du Run-2, dans le canal de désintégration en deux quark-b. En plus on présente la recherche du boson d’haute masse A, avec les données du LHC Run-2. On n’observe pas une mis en évidence du boson de Higgs SM dans ce canal de désintégration, avec une sensibilité de 1.4(0.42) déviations standard pour l’analyse des données du Run-1(Run-2). L’analyse des données du Run-1 obtient la plus hautes sensibilité attendue (2.6 déviations standard) pour ce type de recherche dans un collisionneur hadroniques. L’analyse des données du Run-2 est la première recherche de ce processus a une énergie de 13 TeV. Aucune évidence d’un boson d’haute-mass A est trouvée dans l’analyse des données du Run-2: on donné une interprétation des limites su sa production et désintégration dans le contexte des Two Higgs Double Models.
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Dates et versions

tel-01458152 , version 1 (06-02-2017)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01458152 , version 1

Citer

Carlo Enrico Pandini. Study of the properties of the Higgs boson in the decay channel to a b-quark pair with the ATLAS experiment at the LHC. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Université Paris 6 Pierre et Marie Curie, 2016. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01458152⟩
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