La thèse décrit une étude de l'état final en paire de leptons tau dans le mode de désintégration semi-leptonique en muons et hadrons en utilisant des données proton-proton collisions à une énergie de centre de masse de 7 TeV avec le détecteur CMS au CERN Large Hadron Collider. La performance de l'algorithme de reconstruction et d'identification des leptons tau est étudiée en utilisant un échantillon de données de collisions proton-proton à $ \ sqrt $ = 7 TeV, ce qui correspond à une luminosité intégrée de 36 pb $ ^ {-1} $. Les leptons tau qui se désintègrent en un seul hadron chargé, avec ou sans hadrons neutres sont reconstruits à l'aide de la technique dite du flot de particules pour la reconstruction des objets en utilisant un nouvel algorithme adapté aux leptons tau et appelé le Hadrons Plus Strips (HPS) qui utilise le trajectographe et le calorimètre électromagnétique de CMS. L'efficacité de l'algorithme de reconstruction est mesurée en utilisant les leptons taus produits lors de la désintégration de bosons Z. Le taux de mauvaise identification de leptons tau se désintégrant de manière hadronique pour les jets produits en association avec un boson W est également déterminé. La première mesure inclusive de production Z $ \ rightarrow \ tau \ tau $ dans les collisions pp au le LHC est présentée dans les états finals muon+jets en utilisant un échantillon de données de 36 pb $ ^ {-1} $. La section efficace mesurée est en bon accord avec les prédictions QCD à l'ordre doublement suivant l'ordre dominant (NNLO). Après avoir identifié le boson Z dans le mode de désintégration di-tau, une recherche inclusive de bosons de Higgs neutres du modèle supersymétrique standard minimal (MSSM) dans les collisions pp est réalisée à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV. Les résultats sont basés sur un échantillon de données correspondant à une luminosité intégrée de 36 pb $ ^ {-1} $ et de 4,6 $ fb ^ {-1} $ enregistré par l'expérience CMS dans l'année 2010 et 2011 respectivement. La recherche utilise les désintégrations de bosons de Higgs en paire de leptons tau. Aucun excès n'est observée dans le spectre de masse invariante de paires de leptons tau. Les limites supérieures sur le produit de la section efficace de production de boson de Higgs par le rapport de branchement de la désintégration en paire de leptons tau en fonction de la masse du boson de Higgs pseudoscalaire permettent de donner des limites strictes dans l'espace des paramètres du MSSM. / The thesis describes a study of the tau-pair final state in the semi-leptonic decay mode into muon and hadrons using proton-proton collisions data at a center-of-mass energy of 7 TeV using the CMS detector at the CERN Large Hadron Collider. The performance of tau-lepton reconstruction and identification algorithm is studied using a data sample of proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 7 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 36 pb$^{-1}$. The tau leptons that decay into one charged hadron with or without the association of neutral hadrons is reconstructed using Particle-Flow object reconstruction technique with a novel tau identification algorithm called the Hadron Plus Strips (HPS) algorithm in the CMS tracker and electromagnetic calorimeter. The reconstruction efficiency of the algorithm is measured using $\tau$ leptons produced in Z-boson decays. The hadronically decaying tau lepton misidentification rate for jets produced in association with a W boson is also determined. The first measurement of inclusive Z$\rightarrow\tau\tau$ production in pp collisions at the LHC is presented in muon+hadrons final state using a data sample of 36 pb$^{-1}$. The measured cross-section is in good agreement with the next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD prediction. After establishing the Z boson in di-tau decay mode, an inclusive search for neutral minimal supersymmetric standard model (MSSM) Higgs bosons in pp collisions is performed at a center-of-mass energy of 7 TeV. The results are based on a data sample corresponding to an integrated luminosity of 36 pb$^{-1}$ and 4.6 fb$^{-1}$ recorded by the CMS experiment in the year 2010 and 2011 respectively. The search uses decays of the Higgs bosons to tau pairs. No excess is observed in the tau-pair invariant-mass spectrum. The resulting upper limits on the Higgs boson production cross-section times the branching fraction to tau pairs, as a function of the pseudoscalar Higgs boson mass, yield stringent bounds in the MSSM parameter space.

A search for the Standard Model Higgs Boson decaying to two muons in proton-proton collisions with the Compact Muon Solenoid experiment is performed. Building on top of the success of previous CMS analyses (CMS Run I campaign), results are presented using 35.9 fb−1 of data collected over the course of 2016 (CMS Run II campaign) at a center-of-mass energy of √s = 13 TeV. During the Long Shutdown 1 of the Large Hadron Collider, the CMS detector underwent substantial hardware changes. The second topic discusses the process of calibration of the CMS Hadron Forward Calorimeter in preparation for collisions after LS1. The final chapter discusses the process of building simulations of calorimeter systems. Walking through all the steps from geometry specification to readout definition the results for two standalone calorimeters are presented that have been proposed as potential replacements for respective CMS components.

Ce travail présente les mesures de section efficace de production de photons isoles dans les collisions proton-proton avec l'expérience ATLAS au LHC, a une énergie de 7 TeV dans le centre de masse. Les résultats sont d'abord obtenus pour une luminosité intégrée de 880 nb−1, puis dans un deuxième temps pour une luminosité de 36 pb−1. Les mesures faites avec 880 nb−1 et 36 pb−1 couvrent, respectivement, les intervalles en énergie transverse 15 ≤ E < 100 GeV et 45 ≤ E < 400 GeV. Les résultats sont compares aux prédictions de la chromodynamique quantique perturbative à l'ordre NLO. Les premières études pour la recherche du Higgs dans le canal de désintégration en deux photons sont également présentées pour 38 pb−1 de données collectées par l'expérience ATLAS en 2010 (et plus récemment pour 210 pb−1 accumules en 2011). Les limites d'exclusion observées sont citées en fonction d'une masse de Higgs se situant dans l'intervalle 110-140 GeV.

This thesis presents searches for a charged Higgs boson (H±) in proton-proton collisions with center-of-mass energies of 7 TeV and 8 TeV, using data collected by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider at CERN. Multiple search channels are used with the common characteristic of at least one charged lepton (electron or muon) that effectively reduces the multi-jet background and is used for efficient triggering. Charged Higgs bosons decaying to a tau lepton and a neutrino are searched for using final states with two charged leptons, or one charged lepton and a hadronically decaying tau. A significant background originates from quark- or gluon-initiated jets that may be misidentified as hadronic tau decays. Methods to estimate this background are presented, including a largely data-driven matrix method. Signal processes with a charged Higgs boson mass below or above that of the top quark are considered. With the dataset collected at a center-of-mass energy of 8 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 20.3 fb-1, upper limits at 95% confidence level are placed on the branching fraction B(t→bH±)×B(H±→τν) in the range 1.1–0.3% for charged Higgs boson masses between 80 GeV and 160 GeV, and on the top-quark associated H± production cross section in the range 0.93 to 0.03 pb for charged Higgs boson masses between 180 GeV and 1 TeV.

This thesis examines the possible creation of (4+n)-dimensional black holes at Large Hadron Collider (LHC) at CERN, consequent decays of such black holes via Hawking radiation and probable formation of Higgs boson among black hole decay products. Firstly, a theoretical background was presented including black hole physics, Hawking radiation, large extra dimensions, brane-bulk models, 4+n black holes and Higgs mechanism. Then, a simulation modeling black hole formation and decay including 130 GeV Higgs as a decay product at LHC interfaced with a detector simulation of Compact Muon Selenoid (CMS) was analysed focusing especially on the Higgs decay channels and properties of Hawking radiation. Both theoretical assumptions and simulation analysis point out that black hole production and the signatures of black hole decay products could carry crucial information on dimensionality and structure of spacetime Furthermore there is a significant possibility to observe 130 GeV Higgs boson especially in the Black Hole -&gt / H -&gt / jj and Black Hole -&gt / H &amp / #8211 / &gt / WW/ZZ -&gt / lnln decay channels.

The highly celebrated discovery of a new particle with a mass of 125 GeV in proton-proton collisions by the ATLAS and CMS experiments at the CERN Large Hadron Collider in 2012 has been shown to be compatible with the Standard Model description of the Higgs boson. However, in order to fully verify the Standard Model nature of the Higgs boson, most of its properties still remain to be measured. Such measurements include differential cross section measurements, which are shown here for the H→WW decay channel and the coupling of the Higgs boson to bottom quarks, for which a study of future prospects is presented. Differential fiducial cross section measurements of the Higgs boson were performed in the H → WW*→lvlv channel at the ATLAS detector with 20 fb−1 of √s = 8 TeV collision data. For Higgs bosons produced by gluon-gluon fusion, the cross section is measured as a function of kinematic variables, including transverse momentum and rapidity of the Higgs boson, as well as the number of jets associated with the Higgs event. The obtained distributions are unfolded to a fiducial volume using a two-dimensional iterative Bayesian algorithm. The measured fiducial differential cross sections are compared to predictions from Monte Carlo generators. The total cross section measured in the fiducial volume defined by the charged lepton and neutrino kinematic properties is 36.0 ± 9.7 fb. Additionally the jet-veto efficiency in the fiducial volume is extracted from the differential cross sections. An analysis is presented of Higgs boson production and decay into bottom quarks in association with a vector boson at the ATLAS detector for the future high-luminosity LHC with proton-proton collisions at √s = 14 TeV. The vector bosons are reconstructed from Z→l+l− or W→lv final states, where l is an electron or muon. The analysis uses generator-level Monte Carlo samples to which efficiency and resolution smearing functions are applied. These reproduce the expected resolution of the upgraded ATLAS detector for the foreseen amount of pile-up due to multiple overlapping proton-proton collisions. The analysis of the ZH(→ l+l−b¯b) channel is presented and results are combined with the WH(→lvb¯b) channel from a corresponding study. For an integrated luminosity of 300 fb−1 using an average pile-up of 60, the expected significance is 3.9 σ with an expected error on the signal strength of 25%. Likewise, for 3000 fb−1 using an average pileup of 140 the expected significance is 8.8 σ , and the error on the signal strength is expected to be about 15%.

No description available.

This thesis presents details of the search for the Standard Model Higgs boson, in the low mass region (100 ≤ MH < 150 GeV), with the ATLAS detector at CERN. In this range, a Higgs boson may be produced in association with a W or Z-boson and decay predominantly to two b-quarks (H → b¯b). Specifically events having large Higgs boson transverse momentum (pT > 200 GeV) and large recoiling W- boson transverse momentum (pT > 200 GeV) are considered as a means to reduce the contribution from background processes. In this high pT (boosted) regime, novel jet-substructure techniques are applied to the reconstructed jets resulting from the Higgs boson decay. In order to use these jet-substructure techniques, b-tagging efficiency scale factors in the jet-substructure regime have also been derived for the first time. Details of their derivation are presented for many b- tagging algorithms, with 14.3 fb¯¹ of ATLAS proton-proton collision data in 2012 at √s = 8 TeV. These, and their associated systematic uncertainties, are then applied to the Higgs boson search. No significant measurement of Higgs boson production was made, based on 20.4 fb¯¹ of ATLAS proton-proton collision data in 2012 at √s = 8 TeV. For a Higgs boson mass of 125 GeV, an exclusion limit of 6.12 x σSM was found at the 95% confidence level, and a signal strength of 0:93 ± 2:63 was measured, consistent with both background-only and signal (Standard Model Higgs boson) plus background hypotheses.

Le mécanisme de Higgs, introduit en 1964, propose une solution à un problème majeur du modèle standard de la physique des particules : l'origine de la masse. Ce mécanisme prédit l'existence d'un boson scalaire, de masse non prédite par la théorie et qui n'a encore jamais été observé expérimentalement (Juin 2012). Le Tevatron, un accélérateur hadronique basé à Fermi National Accelerator Laboratory près de Chicago, a permis la prise de données à l'aide des deux détecteurs CDF et DØ depuis 1983 jusqu'en septembre 2011. Accumulant une statistique de près de 10fb-1 à analyser. La production associée du Higgs et d'un boson vecteur est le canal principal de recherche pour un Higgs standard léger. A l'aide des données collectées par DØ, nous recherchons ce mode de production. La production du boson de Higgs étant très rare, nous avons développé des techniques sophistiquées de manière à améliorer la sensibilité au signal, telles que l'identification des jets de quarks beaux ou encore des méthodes basées sur des discriminants multivariés. Au final, une approche statistique nous permet de poser une limite supérieure sur le taux de production du Higgs observé (resp. attendu) rapporté aux prédictions du modèle standard. Les résultats obtenus dans le canal WH avec la statistique finale de l'expérience DØ au Tevatron sont de 3.15 (resp. 3.97) pour un boson de Higgs de 115 GeV/C2. / Higgs mechanism, introduced in 1964, gives a satisfactory solution to a major problem of the standard model of elementary particles : the origin of the mass. It predicts the existence of the Higgs scalar boson, which mass is not defined by the theory and which has not been discovered experimentally yet (June 2012). The Tevatron, a hadron accelerator based at Fermi National Accelerator Laboratory near Chicago, took data with its two multi-purpose detectors CDF and DØ since 1983 up to september 2011. Leaving about 10 fb-1 of statistics to analyze. Associated production of Higgs and vector gauge boson is the main search channel for a light standard Higgs boson. Using data collected by DØ, we are looking for this production mode taking advantage of sophisticated techniques to improve the signal sensitivity like b-jet identification and multivariate discriminants. In the end, a statistical approach allows us to set an upper limit on the ratio between the observed (resp. expected) Higgs production and its theoretical cross section. The results obtained in the WH channel using 9.7 fb-1 at DØ is 3;15 (resp. 3.96) for a 115 GeV/c2 Higgs boson.

Dans cette thèse, je présente ma contribution à la recherche du boson de Higgs du Modèle Standard dans son canal de désintégration en deux leptons taus dans le sous-canal τlepτhad. J’ai contribué aux différentes étapes de cette analyse. Premièrement, j’ai travaillé sur le développement du framework utilisé pour produire les fichiers d’analyse qui contiennent les informations nécessaires à cette étude. J’ai également participé au développement du framework utilisé pour introduire les prédictions des bruits de fond pour ce canal, tester l’accord entre ces prédictions et les données d’ATLAS, et à la production des fichiers utilisés dans l’étude statistique finale. J’ai également travaillé sur le modèle statistique, qui prend en compte les erreurs statistiques et systématiques, pour en extraire une mesure de la force du signal pour ce canal du couplage du Higgs aux leptons. Ma contribution à l’amélioration de la reconstruction d’un tau hadronique, à l’aide des algorithmes qui identifient les traces de conversion des photons provenant de la désintégration des pions neutres, est également détaillée. / In this thesis, I show my contribution to the search for the Standard Model Higgs Boson decaying into two tau leptons in the tlepthad sub-channel. I contributed to the different stages of this analysis. First, I worked on the development of the framework used to produce analysis files that contain the information necessary for this study. I also participated in the development of the framework used to introduce the predictions of the background for that channel, test the agreement between the predictionsand the ATLAS data, and on the production of files used in the final statistical analysis. I also worked on the statistical model, which takes into account the statistical and systematic errors to extract a measure of the signal strength for the Higgs coupling channel to leptons. My contribution to the improvement of reconstruction of a hadronic tau, using algorithms that identify photon conversion traces from the decay of neutral pions, is also detailed.