Es werden Messungen der totalen Wirkungsquerschnitte der Prozesse pp → W/Z → ll′ in Endzuständen mit Elektronen und Myonen präsentiert. Für diese Analyse werden Daten, die im Jahr 2013 mit dem ATLAS-Detekor am LHC bei einer Schwerpunktsenergie von √s= 2.76 TeV aufgezeichnet wurden und einer integrierten Luminosität von pb−1 entsprechen, verwendet. In dieser Analyse werden mehrere Quellen systematischer Unsicherheiten berücksichtigt. Die Untergründe werden sowohl mittels Simulationen (für elektroschwache und tt ̄ Un- tergründe) als auch mithilfe datengetriebener Methoden (für den Multi-Jet Untergrund) abgeschätzt. Die Resultate der Elektron- und Myon-Kanäle werden kombiniert und ergeben die folgenden Wirkungsquerschnitte: sigma_fid(W → lν) = 2206.3±20.2(stat.)±10.6(sys.)±68.4(lumi.)[pb], sigma_fid(Z → ll) = 200.4±6.1(stat.)±0.3(sys.)±6.2(lumi.)[pb]. Die kombinierten Wirkungsquerschnitte werden zur Berechnung der Wirkungsquerschnitts- Verhältnisse W/Z und W+/W− benutzt. Die Ergebnisse werden mit QCD-Berechnungen unterschiedlicher Ordnungen verglichen. Der Einfluss dieser Messung auf Partonverteilungsfunktionen (parton distribution func- tions, PDFs) wird abgeschätzt. Die gesamte Unsicherheit dieser Messungen ist vergleich- bar mit den Unsicherheiten aktueller PDFs, weshalb diese Analyse zur Einbeziehung in zukünftige PDF-Bestimmungen geeignet ist. Außerdem wurden Studien zur Frozen Showers Methode zur schnelleren Simulation von Ereignissen im ATLAS-Detektor durchgeführt. Es wurde eine neue Methode zur Gener- ierung einer Frozen Showers Bibliothek entwickelt, die eine Reduzierung der für diesen Abschnitt benötigten Zeit erlaubt. / Measurements of the total pp → W/Z → ll′ cross sections in the electron and muon s = 2.76 TeV with the ATLAS detector at the LHC (in 2013), corresponding to a total integrated luminosity of 4 channels are presented. Data collected at a center-of-mass energy pb−1, are used for this analysis. In this measurement, several sources of systematic uncertainties are estimated. The back- ground contribution is estimated using simulation (for electroweak and tt ̄ backgrounds) as well as data-driven methods (for the multijet background). The combined results for electron and muon channels provide the following cross sections: sigma_fid(W → lν) = 2206.3±20.2(stat.)±10.6(sys.)±68.4(lumi.)[pb], sigma_fid(Z → ll) = 200.4±6.1(stat.)±0.3(sys.)±6.2(lumi.)[pb]. The combined cross sections are used for the calculation of the W/Z and W+/W− cross section ratios. These results are compared with different orders of QCD calculations. The effect of the addition of the measured cross sections to the parton density functions (PDF) is estimated. The total uncertainty of the measurements is comparable to the current global PDF uncer- tainties, which makes them applicable for future PDF determination. Additionally, studies of the Frozen Showers method for fast simulation have been per- formed. A new method of Frozen Showers library generation, allowing to reduce time spend on this stage, is developed.

Le travail scientifique présenté dans cette thèse s’appuie sur des collisions proton proton, à 13 TeV dans le centre de masse, produite par le grand collisionneur de Hadron (LHC) et enregistrées entre 2015 et 2017 par le détecteur ATLAS. Après une brève introduction sur le programme de physique du LHC, le premier chapitre donne un aperçu complet du contexte et des motivations théorique. Ensuite une description complète du détecteur ATLAS et plus généralement de l’ensemble expérimental est donnée. Le troisième chapitre traite d’une des mesures des performances du calorimètre électromagnétique ATLAS, à savoir l’étude des efficacités identification électronique à l’aide de W se désintégrant en électrons et neutrinos.Dans les chapitres suivants, le coeur de cette thèse, la recherche et l’étude de la production associée de boson de Higgs avec une paire de quark top, appelée production ttH, est traitée dans le schéma du modèle Standard et au-delà. L’observation de la production ttH avec le détecteur ATLAS a été récemment annoncée en 2018 et représente une étape importante pour le domaine de la physique des hautes énergies. Afin d’élargir le spectre de cette analyse tth au-delà du SM, cet état final du canal 4L a aussi été étudié dans le cadre de la recherche de bosons de Higgs doublement chargés se désintégrant en W$^{\pm}$W$^{\pm}$, H$^{\pm \pm} \rightarrow $ W$^{\pm}$W$^{\pm}$. En conclusions, les perspectives sur les futurs résultats scientifiques dans le modèle Standard (SM) ainsi que au-delà de SM (BSM) qui pourraient être atteint en utilisant les statistiques complètes des Run1 et Run2 combinés sont donnés. / The scientific work presented in this thesis is based on proton proton collision produced, at 13 TeV in the center of mass, created by the Large Hadron Collider (LHC) and recorded between 2015 and 2017 by the ATLAS detector.After a short introduction on the physics program at LHC, the first chapter gives a comprehensive overview of the theoretical context and motivation. Then a complete description of the ATLAS detector and more generally the experimental setup is given with a highlight on the different physics objects used in this research.The third chapter is dealing with a measure of the performances of the ATLAS electromagnetic calorimeter, namely the study of the electron identification efficiencies using W decaying into electrons and neutrinos events.In the following chapters, the core of this thesis work, the search and study of the associated Higgs boson production with top quark pair, so-called ttH production, within the Standard Model schema and beyond is treated. The observation for ttH production with the ATLAS detector recently announced in 2018 represents a significant milestone for the High-Energy Physics field. In order to broaden the spectrum of this ttH analysis beyond the SM, this 4L channel final states was also studied in the context of the search for doubly charged Higgs boson decaying into W±W±, H±±→W±W±.In conclusions, future prospects in Standard Model (SM) as well as Beyond SM (BSM) scientific results that could be reached using the full Run1 and Run2 combined available statistics are given.

Orientador: Alex Gomes Dias / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2009

L’étude des propriétés du boson de Higgs représente une excellente opportunité pour la recherche de Nouvelle Physique. En particulier, sa masse est mesurée avec une précision impressionnante, de l’ordre de 0.1%, tandis qu’elle est aussi prédite par certains modèles au-delà du Modèle Standard, notamment les modèles supersymétriques. Le but de cette thèse est de faire avancer le calcul des corrections radiatives aux masses des scalaires dans les modèles au-delà du Modèle Standard, ainsi que l’automatisation de ces calculs, afin d’établir ou d’améliorer les limites sur les couplages entre la Nouvelle Physique et le boson de Higgs. Nous calculons d’abord les corrections dominantes à deux boucles, de la forme O(alpha_s alpha_t), aux masses des scalaires neutres dans les modèles supersymétriques à jauginos de Dirac. Ensuite, nous montrons comment surmonter la Catastrophe des Bosons de Goldstone, un cas de divergences infrarouges dues aux bosons de Goldstones de masses nulles qui affecte les calculs de potentiels effectifs, d’équations « tadpoles » et d’énergies propres, en adoptant un schéma de renormalisation « on-shell » pour les masses des bosons de Goldstone. Nous illustrons la mise en œuvre numérique de notre solution dans le programme SARAH, et finalement, nous considérons le comportement aux hautes énergies de modèles non-supersymétriques avec des secteurs scalaires étendus. / The Standard Model-like Higgs boson provides an excellent setting for the indirect search of New Physics, through the study of its properties. In particular its mass is now measured with an astonishing precision, of the order of 0.1%, while being predicted in some models of Beyond the Standard Model (BSM) Physics, such as supersymmetric (SUSY) models. The main purpose of this thesis is to push further the calculation of radiative corrections to Higgs boson masses in BSM models, as well as the automation of these calculations, in order to set or improve constraints on New Physics coupling to the Higgs boson. A first chapter is devoted to the computation of the leading two-loop O (alpha_s alpha_t) corrections to neutral scalar masses in SUSY models with Dirac gauginos. Then, we show to address the Goldstone Boson Catastrophe -- a case of infra-red divergences due to massless Goldstone bosons that plague the calculation of effective potentials, tadpole equations, and self-energies -- in the context of general renormalisable field theories, by adopting an on-shell renormalisation scheme for the Goldstone masses. Afterwards, we illustrate the numerical implementation of our solution to the Goldstone Boson Catastrophe in the public tool SARAH. Finally, in a last chapter, we consider the high-scale behaviour of non-supersymmetric models with extended Higgs sectors.

NIL

La phase LEP2, à des énergies supérieures au seuil de production des paires de W et de Z, a permis l'étude du secteur le moins contraint du Modèle Standard, le secteur des bosons de jauge.<br> Le travail de cette thèse, en utilisant l'ensemble des données de LEP2 enregistrées par le détecteur ALEPH; consiste en trois mesures fortes sur la validité de ce Modèle Standard :<br> - La mesure de la section efficace ZZ à travers les cinq canaux visibles de désintégration de la paire de Z. La faible statistique associée à la production de paires de Z en fait un processus délicat à discrimer.<br> - La mesure des couplages anomaux neutres dans l'état final ZZ. Ces couplages sont interdits dans le Modèle Standard et leur présence serait signe d'une Physique Nouvelle. Leur extraction utilise l'information sur la section efficace et l'angle de production du Z.<br> - La mesure des états de polarisation longitudinal et transverse des bosons W à travers la production W+W- dans le canal semi-leptonique. L'extraction se fait à partir de la matrice densité de spin ce qui permet d'obtenir des résultats indépendants du modèle utilisé pour décrire le phénomène.<br> Les résultats obtenus dans ces trois domaines de mesure ne présentent pas de déviation significative par rapport aux prédictions du Modèle Standard.

L'objet de cette thèse est l'étude des propriétés magnétiques de deux systèmes bidimensionels. Le premier correspond à des composés de cuprate ou vanadate qui peuvent être modélisés par un système de spins sur réseau carré et un modèle d'Heisenberg à trois couplages, avec un premier couplage ferromagnétique et des couplages deuxièmes et troisièmes voisins antiferromagnétiques. Le système ainsi obtenu constitue un système frustré. Après obtention du diagramme de phase classique en fonction des couplages, nous avons étudié l'effet sur celui-ci des fluctuations quantiques par la méthode des bosons de Holstein-Primakov et celle des bosons de Schwinger. Le deuxième type de système auquel nous nous sommes intéressés sont les systèmes finis de graphène. Pour étudier ce matériau, nous avons utilisé une approximation champ moyen du modèle d'Hubbard. Dans un premier temps nous avons retrouvé des résultats déjà connus confirmant ainsi une implémentation correcte de notre modèle. Nous avons ensuite cherché à établir la précision de cette méthode en comparant les résultats obtenus par cette méthode avec ceux obtenus par diagonalisation exacte du modèle et ceux obtenus par simulation Monte Carlo. Et en dernier lieu nous avons mis en évidence une signature dynamique de l'aimantation des bords en zigzag des systèmes finis de graphène.

Cette thèse a traité trois différents aspects ayant trait à la recherche du boson de Higgs dans le canal de désintégration en deux photons avec le détecteur ATLAS. Le premier est une étude sur l'uniformité intrinsèque du calorimètre électromagnétique (EM) d'ATLAS en utilisant la mesure du temps de dérive des électrons d'ionisation. Environs 500 000 signaux provenant de rayons cosmiques sont enregistrés et sont comparés à la forme du signal prédite en utilisant la méthode FPM (pour First Principle Method). L'ajustement de la forme prédite à celle mesurée permet de mesurer le temps de dérive des électrons d'ionisation de l'argon liquide. L'uniformité du temps de dérive dans le compartiment Middle calculée par blocs de taille 0.1 x 0.1 dans le plan (η,φ) est estimée à 1.27 ± 0.03%. L'impact de la variation du temps de dérive sur l'uniformité de la réponse du calorimètre est estimée à 0.29 ± 0.01%. En tenant compte de la variation de l'épaisseur des plaques de plomb qui constituent le milieu passif et qui ont été mesurées par ailleurs, l'uniformité intrinsèque du calorimètre est estimée à 0.34%. La vitesse de dérive des électrons mesurée dans les différents compartiments du calorimètre est en moyenne V_{D(E = 1 kV/mm) = 4.58 ± 0.07 mm.μ s^-1 en bon accord avec des mesures antérieures de la vitesse de dérive des électrons dans l'argon liquide à la température de 88.5K. Le second aborde la question de l'estimation de la matière en amont du calorimètre, utilisant une cartographie du détecteur interne. Cette mesure est faite relativement au nombre de conversions dans le tube à vide (beam pipe) de manière à être indépendante du flux initial de photons. Une connaissance précise de la matière en amont du calorimètre est essentielle à la calibration en énergie des électrons et photons reconstruits dans le calorimètre. Puisqu'une large fraction des photons proviennent de mésons π^0, le flux initial de photons qui intervient dans le taux de conversions dans le beam pipe est normalisé aux désintégrations Dalitz du π^0. L'observable qui permet de comparer les données aux simulations Monte-Carlo (MC) est le rapport du nombre de conversions reconstruites dans le beam pipe et du nombre de Dalitz reconstruits. Ce rapport estimé avec les données de collision à une énergie de 7 TeV dans le centre de masse donne un bon accord sur la mesure de la matière dans le beam pipe avec la prédiction du MC : X/X_0 = 0.669 ± 0.033(stat) ^+0.013_-0.080(syst)%, X/X_0 = 0.709 ± 0.028(syst) %, et X/X_0 = 0.709 ± 0.028(syst) %respectivement. Le dernier est l'étude de la normalisation du signal et du bruit de fond ainsi que l'analyse du potentiel discriminant dans l'analyse inclusive du canal H → γγ. Différentes simulations MC sont utilisées pour estimer une normalisation à l'ordre NLO du signal et du bruit de fond irréductible (γγ) ainsi que les erreurs systématiques associées. Celles-ci représentent respectivement 16% et 26% de la section efficace totale. Le pouvoir discriminant de l'impulsion transverse du système diphoton et du cosθ* est aussi étudié. En particulier, une forte corrélation entre le cosθ* et la masse invariante diphoton est observée. Le bruit de fond semi-réductible (γ-jet) est normalisé à NLO avec 27% d'erreurs systématiques. Une nouvelle normalisation qui s'applique après l'identification des photons est proposée. Elle prend en compte la différente réjection des jets provenant de quark ou de gluon et est estimée à 1.9 ± 0.6. Les perspectives d'exclusion du boson de Higgs dans le canal diphoton à 10 TeV et l'extrapolation à 7 TeV pour un luminosité intégrée de 1 f b^−1 sont présentées. Dans le dernier scénario, environ 5 fois le Modèle Standard est exclu à 95% de niveau de confiance pour une masse du boson de Higgs autour de 120 GeV/c^2 .

La QCD sur réseau prédit la transition d'une phase hadronique vers le Plasma de Quarks et Gluons (PQG) pour des températures au-dessus de 10^{13} K. Pour le recréer en laboratoire, des collisions d'ions lourds ont été proposées. Dans cette optique, le LHC produira des collisions Pb-Pb à 5.5 TeV/u, qui seront étudiées notamment auprès de l'expérience ALICE. En particulier, son spectromètre à muons permettra d'examiner les sondes muoniques (quarkonia, beauté ouverte, ...). Les performances attendues de ce dispositif pour mesurer des muons et des dimuons sont ici discutées. Des techniques de factorisation sont employées pour différencier les contributions à l'efficacité globale. Les résultats indiquent que le détecteur devrait être capable de mesurer des muons jusqu'à pt~100 GeV/c avec une résolution proche de 10%. On montre que la production des bosons faibles pourra être mesurée pour la première fois dans des collisions d'ions lourds. Les distributions de muons simples en pt et de la masse invariante des dimuons sonderont le W et le Z. Comme les muons issus des décroissances de quarks b et c peupleront principalement le domaine intermédiare en pt de 5-25 GeV/c, les calculs de perte d'énergie des quarks lourds dans le milieu indiquent que le spectre devrait être supprimé d'un facteur 2-4 dans les collisions Pb-Pb les plus centrales 0-10% à 5.5 TeV. Néanmoins, pour pt > 35 GeV/c la production des bosons faibles predomine, et aucune suppression n'est attendue. Des estimations indiquent que le point de croisement entre des muons issus de b et de W diminuera en pt de 5 à 7 GeV/c dans les collisions Pb-Pb les plus centrales 0-10% à 5.5 TeV.

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