A direct measurement of Higgs boson branching ratios in electron-positron collisions at 250 GeV - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

A direct measurement of Higgs boson branching ratios in electron-positron collisions at 250 GeV

Mesure directe des rapports d’embranchement des bosons de Higgs dans les collisions électron-positon à 250 GeV

Jonas Kunath
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1381484
  • IdRef : 27757384X

Résumé

The couplings of standard model (SM) particles to the Higgs boson can be shifted if additional heavy particles exist. Many models of physics beyond the SM result in deviations of the order of 10% or less. This goes beyond the expected precision at HL-LHC that is limited by the systematic errors in proton-proton collisions. At an electron-positron collider with a center-of-mass energy of 250 GeV, referred to as a Higgs factory, most major Higgs couplings can be measured at the percent level or below.The main Higgs production channel is the associated production with a Z boson. If the momentum of the Z boson recoiling against the Higgs boson is properly reconstructed, the event can be selected independently of the Higgs decay. This reconstruction works best for Z bosons decaying to electrons or muons. During the proposed 250 GeV program of the ILC, more than 10.000 Higgs bosons are expected to be collected in high-purity model-independent samples. Each sample is partitioned into mutually exclusive regions with distinct Higgs decay and background compositions. Then the deviation of a Higgs branching ratio (BR) from the SM expectation leads to a characteristic pattern of excesses or deficits in the number of events per region. A simultaneous measurement of the Higgs BRs is obtained from a fit to the number of events per region. In contrast to the standard measurements of Higgs decays, it is not necessary to normalize these values by a production cross section. A large full simulation data set prepared for the ILD detector concept is used to validate this approach.The electromagnetic calorimeter in a particle flow detector like ILD must be able to resolve the individual tracks and showers within a jet. Therefore a high longitudinal and transversal granularity is essential. The SiW-ECAL is a sampling imaging calorimeter. A technological prototype featuring over 15.000 channels in 15 layers with 5 mm square cells was tested at DESY. This thesis presents improvements to the initial event reconstruction from individual hits.
Les couplages des particules du modèle standard (SM) au boson de Higgs peuvent être modifiés si des particules lourdes supplémentaires existent. De nombreux modèles de physique au-delà du SM donnent lieu à des déviations de l’ordre de 10% ou moins. Cela est au-delà de la précision attendue au HL-LHC qui est limitée par les erreurs systématiques. Dans un collisionneur électron-positron avec une énergie au centre de la masse de 250 GeV, appelé une usine à Higgs, la plupart des principaux couplages de Higgs peuvent être mesurés au niveau du pourcent ou moins.Le canal principal de production de Higgs s’accompagne d’un boson Z. Si l’impulsion du boson Z reculant contre le boson de Higgs est correctement reconstruit, l’événement peut être sélectionné indépendamment de la désintégration du boson de Higgs. Cette reconstruction fonctionne mieux pour les bosons Z qui se désintègrent en electrons ou muons. Au cours du programme 250 GeV proposé pour le ILC, plus de 10.000 bosons de Higgs devraient être collectés dans des échantillons de haute pureté et indépendants du modèle de désintégration. Chaque échantillon est divisé en régions mutuellement exclusives avec des compositions distinctes par désintégration de Higgs et par bruit de fond. Ensuite, l’écart du rapport de branchement (BR) du boson de Higgs par rapport à l’attente du SM conduit à une structure caractéristique d’excès ou de déficit dans le nombre d’événements par région. Contrairement aux mesures standards des désintégrations du boson de Higgs, il n’est pas nécessaire de normaliser ces valeurs par la section efficace. Un grand ensemble de données de simulation complète préparé pour le concept de détecteur ILD est utilisé pour la validation de cette approche.Le calorimètre électromagnétique d’un détecteur flux de particules comme l’ILD doit pouvoir résoudre les différentes trajectoires et gerbes dans un jet. Une granularité longitudinale et transversale élevée est donc essentielle. Le calorimètre SiW-ECAL est un calorimètre d’imagerie par échantillonnage. Un prototype technologique de plus de 15.000 canaux en 15 couches avec des cellules carrées de 5 mm de coté a été testé en faisceau au DESY. Cette thèse présente les améliorations apportées à la reconstruction à la volée des événements à partir des cellules individuelles.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04572136 , version 1 (10-05-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04572136 , version 1

Citer

Jonas Kunath. A direct measurement of Higgs boson branching ratios in electron-positron collisions at 250 GeV. Physics [physics]. Institut Polytechnique de Paris, 2022. English. ⟨NNT : 2022IPPAX099⟩. ⟨tel-04572136⟩
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