Deux problèmes majeurs requièrent une extension du Modèle Standard (MS) : le problème de hiérarchie dans le secteur de Higgs, et la matière noire de notre Univers. La découverte d'un boson de Higgs avec une masse d'environ 125 GeV est clairement l'événement majeur en provenance du Large Hadron Collider (LHC) du CERN. Cela représente le triomphe définitif du MS, mais cela met également en lumière le problème de hiérarchie et ouvre de nouvelles voies pour sonder la nouvelle physique. Les différentes mesures effectuées pendant le run I du LHC contraignent les couplages du Higgs aux particules du MS ainsi que les désintégrations invisibles et non-détectées. Dans cette thèse, l'impact des résultats sur le boson de Higgs au LHC est étudié dans le cadre de différents modèles de nouvelle physique, en prenant soigneusement en compte les incertitudes et leurs corrélations. Des modifications génériques à la force des couplages du Higgs (pouvant provenir de secteurs de Higgs étendus ou d'opérateurs de dimension supérieure) sont étudiées. De plus, des modèles de nouvelle physique spécifiques sont testés, notamment, mais pas seulement, le Modèle Standard Supersymétrique Minimal phénoménologique.Alors qu'un boson de Higgs a été trouvé, il n'y a toutefois nulle trace de physique au-delà du MS au run I du LHC en dépit du grand nombre de recherches effectuées par les collaborations ATLAS et CMS. Les conséquences des résultats négatifs obtenus lors de ces recherches constituent un autre volet important de cette thèse. Tout d'abord, des modèles supersymétriques avec un candidat à la matière noire sont étudiés à la lumière des résultats négatifs dans les recherches de supersymétrie au LHC, en utilisant une approche basée sur les "modèles simplifiés". Ensuite, des outils pour contraindre un modèle de nouvelle physique quelconque à partir des résultats du LHC et d'événements simulés sont présentés. De plus, au cours de cette thèse, les critères de sélection de plusieurs analyses au-delà du MS ont été réimplémentés dans le cadre de MadAnalysis 5 et ont été intégrés à une base de données publique. / Two major problems call for an extension of the Standard Model (SM): the hierarchy problem in the Higgs sector and the dark matter in the Universe. The discovery of a Higgs boson with mass of about 125 GeV was clearly the most significant piece of news from CERN's Large Hadron Collider (LHC). In addition to representing the ultimate triumph of the SM, it shed new light on the hierarchy problem and opened up new ways of probing new physics. The various measurements performed at Run I of the LHC constrain the Higgs couplings to SM particles as well as invisible and undetected decays. In this thesis, the impact of the LHC Higgs results on various new physics scenarios is assessed, carefully taking into account uncertainties and correlations between them. Generic modifications of the Higgs coupling strengths, possibly arising from extended Higgs sectors or higher-dimensional operators, are considered. Furthermore, specific new physics models are tested. This includes, in particular, the phenomenological Minimal Supersymmetric Standard Model.While a Higgs boson has been found, no sign of beyond the SM physics was observed at Run I of the LHC in spite of the large number of searches performed by the ATLAS and CMS collaborations. The implications of the negative results obtained in these searches constitute another important part of this thesis. First, supersymmetric models with a dark matter candidate are investigated in light of the negative searches for supersymmetry at the LHC using a so-called "simplified model" approach. Second, tools using simulated events to constrain any new physics scenario from the LHC results are presented. Moreover, during this thesis the selection criteria of several beyond the SM analyses have been reimplemented in the MadAnalysis 5 framework and made available in a public database.

Cette thèse présente la recherche d'un boson de Higgs chargé (H+) qui serait produit dans les collisions proton-proton à des énergies de 7 TeV$ et 8 TeV, en utilisant les données recueillies par l'expérience ATLAS au LHC (Large Hadron Collider). Plusieurs canaux de recherche sont utilisés, présentant la caractéristique commune de contenir au moins un lepton chargé (électron ou muon) énergétique, ce qui réduit efficacement le bruit de fond contenant des jets, tout en permettant un déclenchement efficace du détecteur.Ici le boson de Higgs chargé se désintègre en un lepton tau et un neutrino, ce qui conduit à des états finaux avec deux leptons chargés, ou bien un lepton chargé et un tau hadronique. Une source importante de taus mal identifiés provient de quarks et de gluons, par l'intermédiaire des jets hadroniques qu'ils initient. Plusieurs méthodes ont été développées pour estimer ce bruit de fond, l'une d'elles étant basée directement sur les données. Des processus avec des bosons de Higgs chargés dont la masse est soit en dessous soit au-dessus de celle du quark top sont considérés. Avec l'ensemble de données recueillies à une énergie de 8 TeV, correspondant à une luminosité intégrée de 20,3/fb, des limites avec un taux de confiance de 95% sont placées sur le rapport de branchement Br(t -> bH+)*Br(H+ -> tau nu) entre 1,1 et 0,3% pour des masses du boson de Higgs chargé entre 80 GeV et 160 GeV, et sur la section efficace de production du boson de Higgs chargé en association avec un quark top entre 0,53 et 0,04 pb, pour un boson de Higgs chargé ayant cette fois une masse comprise entre 180 GeV et 1 TeV. / 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 CERN Large Hadron Collider. Multiple search channels are used with a 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- and gluon-initiated jets that may be misidentified as hadronic tau decays. Methods to estimate this background are developed, 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, upper limits at 95% confidence level are placed on the branching fraction Br(t -> bH+)*Br(H+ -> tau nu) in the range 1.1-0.3% for charged Higgs boson masses between 80 GeV and 160 GeV, and on the top-quark associated charged Higgs boson production cross section in the range 0.53-0.04 pb for charged Higgs boson masses between 180 GeV and 1 TeV.

Submitted by ANDRES FELIPE VASQUEZ TOCORA (anfvasquezto@unal.edu.co) on 2018-10-02T21:56:33Z No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 3832471 bytes, checksum: 13b65d2c4a9d5e2b2c7414dd2cdfba50 (MD5) / Rejected by Hellen Sayuri Sato null (hellen@ift.unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo - Favor inserir a ficha catalográfica no pdf , logo após a página de rosto - No PDF está faltando as palavras-chave logo após o resumo e abstract on 2018-10-03T14:34:04Z (GMT) / Submitted by ANDRES FELIPE VASQUEZ TOCORA (anfvasquezto@unal.edu.co) on 2018-10-03T16:52:45Z No. of bitstreams: 1 Thesis.pdf: 4205198 bytes, checksum: 499748f6d69605fda811e56805ac4e12 (MD5) / Approved for entry into archive by Hellen Sayuri Sato null (hellen@ift.unesp.br) on 2018-10-03T17:32:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vasqueztocora_af_me_ift.pdf: 4205198 bytes, checksum: 499748f6d69605fda811e56805ac4e12 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-03T17:32:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vasqueztocora_af_me_ift.pdf: 4205198 bytes, checksum: 499748f6d69605fda811e56805ac4e12 (MD5) Previous issue date: 2018-03-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The main goal of this dissertation is to show the enhancement of the cross-section for the double Higgs production through pair annihilation by including effective interactions and through the non-perturbative Sommerfeld effect. Bounds to some Wilson coefficients were obtained from such enhancement, this in the scenarios of the future e+ e− -colliders (FCC-ee, ILC, CLIC). In order to achieve this, some computational tools were implemented: FeynRules, FeynArts, FormCalc, and LoopTools. It is also shown the enhancement of the double Higgs production in 2HDM and MSSM, discussing the general framework of these two models. In addition, it is studied the threshold behavior of the cross-section for the double Higgs production when a hidden sector couples to the Higgs boson, yielding resonances below the threshold energy due to non-perturbative effects. We study the Sommerfeld effect in the double Higgs production in the scenario of e+ e− -colliders. The enhancement is discussed as generated from a hidden sector coupled to the Higgs boson. Below and above threshold enhancements are presented. Such analysis is of importance in the ILC project, which will operate up to the threshold energy √s = 250 GeV. The results has been achieved by the use of computational tools like FeynArts, FormCalc, and LoopTools. / O objetivo principal dessa dissertação é, mostrar o aprimoramento da seção de choque para a produção em dobro dos bósons de Higgs, por meio de aniquilação de pares, incluindo interações efetivas e através do efeito não perturbativo de Sommerfeld. De tais aprimoramentos, os limites para alguns coeficientes de Wilson foram obtidos, isso nos cenários de futuros aceleradores de e+e- (FCC-ee, ILC, CLIC). Para atingir estes resultados, algumas ferramentas computacionais foram implementadas: FeynRules, FeynArts, FormCalc e LoopTools. Também, é mostrado o aprimoramento da produção em dobro de bósons de Higgs no “2HDM” e “MSSM”, discutindo o marco geral desses dois modelos. Além disso, foi estudado o comportamento, perto do limite de produção, da seção de choque da produção em dobro dos bósons de Higgs, quando um setor escondido é acoplado ao Higgs, produzindo ressonâncias abaixo da energia limite de produção, devido à efeitos não perturbativos.

En 2012, les expériences ATLAS et CMS ont annoncé la découverte d’un nouvelle particule compatible avec le boson de Higgs prévu par le modèle standard. Cette particule a été postulée dans les années 1960. Elle explique comment les particules fondamentales obtiennent leurmasse. Cependant, la plupart des modèles allant au-delà du modèle standard prédisent l'existence de bosons de Higgs chargés. Les propriétés de telles particules, par exemple sa masse et son couplage aux autres particules, ne sont pas précisément prédites par la théorie, mais constituent un espace deparamètres qui doit être exploré. Des recherches de bosons de Higgs chargés ont été effectuée avant le LHC, cependant l'extension en énergie réalisée par le LHC a permis d'explorer un domaine plus large en masse. Dans ce travail nous avons cherché un boson chargé de Higgs se décomposant en une paire de quarks t et b. Aucun écart par rapport au modèle standard n'a été observé dans les données recueillies jusqu’en 2016, nous pouvons en déduire deslimites supérieures sur le taux de production d’un boson chargé de Higgs.Ces limites peuvent alors être utilisées pour exclure des parties de l’espacedes paramètres.Le LHC sera mis à niveau vers 2025 pour augmenter sa luminosité (le nombre de collisions par seconde et par cm2). Les protons sont accélérés par paquets. Ainsi, la luminosité peut être augmentée en injectant plus de protons par paquet, mais aussi en focalisant les paquets (réduisant leur taille transverse) au point de collision. Cela signifie que le taux auquel nouspouvons espérer produire des événements rares augmentera, mais aussique le taux de bruit de fond correspondant à l'empilement (le nombre de collisionsmoles de protons par croisement) augmentera. Le taux de croisement de paquets au LHCest trop élevé pour pouvoir lire et stocker toutes les don-nées produites. Ainsi nous devons utiliser un système de déclenchement quisélectionne rapidement les événements intéressants à enregistrer. Le système de déclenchementactuel n'est pas adapté au taux élevé d’empilement attendu pour la phase à hauteluminosité (HL) du LHC. Il doit donc être améliorée.Une façon de le faire est d'utiliser les informations du détecteur internequi fournit des informations sur les trajectoires de particules chargées.En utilisant des algorithmes qui peuvent être mis en œuvre dans l'électronique,un déclenchement de premier niveau sur les traces peut être rendu assez rapide pour fonctionnerdans la courte latence requise au HL-LHC. Le détecteur interne fournitdes points d’espace, des mesures des trajectoires des particules à des intervalles différents où sont installés des pistes de silicium. La quantité dedonnées du trajectomètre est trop grande, aussi effectuer des calculs sur toutes les combinaisons de points spatiaux prendrait trop de temps. Par conséquent, undéclenchement interne de premier niveau doit pouvoir sélectionner un sous-ensemble de pointsspatiaux sur lesquels effectuer le calcul. Dans cette thèse, nous avons exploré l’idée d’utiliser les régions d'intérêt fournies par le système de déclenchement d’électrons et de muonspour sélectionner une partie du volume du détecteur interne, puis de sélectionner lespoints d’espace qui correspondent aux modèles attendus des traces à haute énergie. Il a été démontré que c’est une option viable pour réduire les taux de bruit de fond tout en gardant une efficacitéélevée pour les événements que nous voulons garder, même dansdes conditions élevées d’empilement. / In 2012 the ATLAS and CMS experiments announced the discoveryof a new particle, a Higgs boson. This particle was hypothesized in the1960’s and explains how fundamental particles get their mass. However, amodel with a single Higgs boson is still not able to explain the aforemen-tioned cosmological observations. An electrically charged Higgs boson isa feature of many suggested extensions of the current model, includingsupersymmetry. The properties of such a particle, e.g. its mass and howit interacts with other particles are not fixed by theory but forms a pa-rameter space in which we must look for it. Searches for charged Higgsbosons have been performed prior to the LHC, but with the new energyscale of the LHC, the experiments have been able to look for heavier par-ticles. In this work we searched for a charged Higgs boson decaying intothe heaviest two quarks, a top and bottom pair. No deviations from thestandard model were found in the data gathered up until 2016, and hencewe can set upper limits on the production rate of a charged Higgs boson.These limits can then be used to exclude parts of the parameter space.The LHC will be upgraded around 2025 to increase the luminosity,that is the intensity of the proton beams. Protons are not acceleratedone by one at the LHC but in bunches. The luminosity can be increasedby using more protons per bunch but also by squeezing the bunches to besmaller at the point of collision. This means that the rate at which we canhope to produce rare events will increase but also that the backgroundrates and so called pile-up, the number of proton collisions per bunchcrossing, will increase. The rate of bunch crossings at the LHC is muchtoo high for ATLAS to be able to readout and store all data for eachevent, instead we use triggers that select events which look interesting.The current triggers are not suited for the high rates and pile-up of theHigh Luminosity (HL) LHC after the upgrade and must thus be improved.A way to do this is to use the information from the tracking detector thatprovides information on the trajectories of charged particles. By usingalgorithms that can be implemented in hardware a track trigger can bemade fast enough to work within the short latency required at the HL-LHC. The tracking detector provides space points, measurements of theparticle trajectories at different intervals, to which a track can be fitted.The amount of data from the tracker is very large, and performing trackfits on all the combinations of the space point would take too much time.Therefore a track trigger must be able to select a subset of space points onwhich to perform the track fit. For this thesis we have explored the idea ofusing standalone electron and muon triggers to select a part of the trackervolume, and then select space points that match precomputed patternsthat correspond to high energy particles. It has been shown that this isa viable option to reduce background rates while keeping high efficiencyfor the events we want to keep, even in high pile-up conditions.

Les résultats présentés dans ce manuscrit sont basés sur l’analyse des collisions proton-proton du Large Hadron Collider, à une énergie du centre de masse de 13 TeV, enregistrées par le détecteur ATLAS en 2015 et 2016.Le programme de recherche de l'expérience ATLAS comprend la mesure précise des paramètres du modèle standard et la recherche d’éventuels signaux de nouvelle physique au delà du modèle standard. Ces deux approches sont poursuivies dans cette thèse, qui comprend deux analyses différentes. Dans la première analyse, la masse du boson de Higgs a été mesurée dans le mode de désintégration en deux photons. La valeur mesurée de la masse est de 125,11 ± 0,42 GeV. La combinaison de ce résultat avec une mesure similaire dans le canal de désintégration du boson de Higgs en quatre leptons donne une masse de 124,98 ± 0,28 GeV.La seconde analyse recherche la production de particules supersymétriques (gluinos, squarks ou winos) dans un état final contenant deux photons et de l’énergie transverse manquante. Aucun excès significatif n'est observé par rapport au bruit de fond prévu par le modèle standard, et des limites inférieures sur les masses des gluinos, des squarks et des winos ont été établies dans le contexte d'un modèle généralisé de « gauge-mediated supersymmetry breaking ».Enfin, des études de performance du détecteur ATLAS (étalonnage de l'énergie des électrons et des photons et mesure de la probabilité de mauvaise identification des photons comme électrons), qui sont des ingrédients clés pour les deux analyses présentées précédemment, ont été également réalisées et sont ici décrites. / The work presented in this manuscript is based on the proton-proton collision data from the Large Hadron Collider at a centre-of-mass energy of 13 TeV recorded by the ATLAS detector in 2015 and 2016.The research program of the ATLAS experiment includes the precise measurement of the parameters of the Standard Model (SM) and the search for signals of physics beyond the SM. Both these approaches are pursued in this thesis, which presents two different analyses. The first one is the measurement of the Higgs boson mass in the di-photon decay channel. The measured value of the mass is (125.11 ± 0.42) GeV. Its combination with a similar measurement in the four lepton Higgs boson decay final state is presented. The value of the Higgs boson mass obtained from the combined measurement is (124.98 ± 0.28) GeV. The second one is the search for production of supersymmetric particles (gluinos, squarks or winos) in a final state containing two photons and missing transverse momentum. No significant excess with respect to the SM background is observed and lower limits on the gluino, squark and wino masses are set in the context of a generalised model of gauge-mediated supersymmetry breaking with a bino-like next-to-lightest supersymmetric particle.Finally, ATLAS detector performance studies (electron and photon energy calibration and measurement of the photon->electron misidentification probability), which are key ingredients for the two analyses presented before, are also performed and described.

This thesis describes searches for a heavy charged Higgs boson decaying into a top and bottom quark pair, and the development of a hardware track trigger with theATLAS experiment. The data for the two searches was collected with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider(LHC) with pp collision energies of √s = 8 and 13 TeV, and corresponds to an integrated luminosity of 20.3 and 13.2 fb-1 respectively. The main background for this signal is the production of tt̄ pairs with additional heavy flavor radiation. The searches with a single lepton in the final state found no evidence of a charged Higgs boson, and set 95% CLS upper limits on the production times branching ratio for masses ranging between 200-1000 GeV. The preparation of using the final state with two leptons in future searches is discussed. The design of a hardware track trigger based on pattern matching and linear track fitting was studied for the purpose of reducing the high event rates of the High-Luminosity LHC, which is expected to provide pp collisions with a luminosity about five times the nominal value, in the second half of the 2020’s. A simulation framework was developed to emulate the pattern matching and was used to test its ability to filter hits in high pile-up environments. The results of this simulation, together with simulations of the track fitting and latency, show that such a track trigger is a viable option for the ATLAS experiment in the High Luminosity-LHC era.

En juillet 2012, les collaborations ATLAS et CMS ont annoncé la découverte d’une nouvelle particule à une masse d'environ 125 GeV, compatible avec le boson de Higgs prédit par le Modèle Standard (MS). Bien qu’à ce jour toutes les mesures montrent une pleine cohérence avec les prédictions du MS, les canaux de désintégration H->bb n'ont pas encore été vus aussi clairement que les canaux de autre désintégration. Cette thèse présente une recherche du boson de Higgs dans le canal WH->lvbb, en utilisant les données de collisions proton-proton à sqrt(s)=8 TeV prises avec le détecteur ATLAS en 2012, correspondant à une luminosité intégrée de 20,3 fb-1. Ce document détaille l’une des contributions aites par l'auteur à cette recherche: la région d’analyse supplémentaire avec des événements de muons déclenchés par l'impulsion transverse manquante. Un excès par rapport à l'hypothèse de fond seulement a été trouvé avec une signification statistique de 1,8(1,5) sigma observée(attendue). La limite supérieure observée(attendue) sur le produit section efficace par rapport d’embranchement pour WH->lvbb à un niveau de confiance de 95% est de 2,35(1,37) fois la prédiction du MS pour mH=125 GeV. Cette recherche repose fortement sur l’identification des jets issus du quark b. Afin d'améliorer la recherche H->bb utilisant l'identification des jets b dans ATLAS, le développement d'algorithmes de haute performance a été conduit et est présenté également dans cette thèse. Un nouvel algorithme, appelé MV2, est introduit: il améliore la performance d'identification des jets b de manière significative et est maintenant l'algorithme référencee pour les analyses du Run 2 avec ATLAS. / In July 2012, the ATLAS and CMS collaborations announced the discovery of a new particle at a mass of about 125 GeV, compatible with the Higgs boson predicted by the Standard Model (SM) ofparticle physics. Although all measurements as of Summer 2015 show a full consistency with the SM predictions, the H->bb decay channel has not been seen yet as clearly as the other decay channels. This thesis presents a search for the Higgs boson in the WH->lvbb channel, using proton-proton collision data at sqrt(s) = 8 TeV taken with the ATLAS detector in the year 2012, corresponding to an integrated luminosity of 20.3 fb-1. This document details in particular one of the contributions made by the author in this search: the additional analysis region with muon events triggered by missing transverse momentum. An excess over the background-only hypothesis has been found with a significance of 1.8 sigma while 1.5 sigma was expected. The observed (expected) upper limit on the cross-section times branching ratio for WH->lvbb at 95% confidence level is found to be 2.35 (1.37) times the SM prediction at mH = 125 GeV. This search highly relies on the identification of jets originating in b-quark fragmentation, so-called b-tagging. In order to improve the H->bb search and other physics analyses using b-tagging in ATLAS, the development of high performance b-tagging algorithms has been performed and is presented also in this thesis. A new b-tagging algorithm, called MV2, is introduced: it improves the b-tagging performance significantly and is now the baseline b-tagging algorithm in ATLAS for the Run-2 analyses.

Dans cette thèse, je présente ma contribution à l'étude des propriétés du boson de Higgs. Mon travail a consisté à combiner les différentes analyses de recherche du boson de Higgs prévu par le modèle standard pour en extraire une mesure des taux de productions, de désintégrations et des couplages. Par exemple, le taux de production inclusif du boson de Higgs mesuré avec le détecteur ATLAS a été mesuré. Ces mesures peuvent également s'interpréter dans le contexte de modèle au-delà du modèle standard telle que les modèles composites ou les modèles de type MSSM avec le hMSSM. J'ai également participé à l'étude des performances d'un algorithme de particle flow dans le cadre de la recontruction de jets possédant un grand rayon. Mes contributions aux analyses de recherche d'un boson de Higgs pseudo-scalaire se désintégrant en un boson Z et un boson de Higgs et la recherche du boson produit en association avec un boson Z et se désintégrant en une paire de quarks b sont également montrées. / In this thesis, I show my contribution to the study of the properties of the Higgs boson. My work has consisted in combining the different searches of the Standard Model Higgs boson to measure the rate of production, decay and the couplings. For example, the overall rate of production measured with the ATLAS dectector has been measured. These measurements can also be interpreted in the constext of models beyond the standard model such that composite models or models inspired from the MSSM (hMSSM). I have also participated to the studies of the performance of a particle flow algorithm to reconstruct the jet with a large radius. My contribution to the search of a pseudoscalar Higgs boson decaying into a Z boson and a Higgs boson and the search of the standard model Higgs boson produced in association with a Z boson and decaying into a pair of b quarks are also shown.

The Standard Model of elementary particles (SM) predicts the existence of a neutral scalar Higgs boson. However, there are also extensions of the SM (such as the MSSM) in which a number of Higgs bosons is predicted. Especially the additional presence of pseudoscalar and charged Higgs bosons represents one of the crucial differences between the SM and its exten- sions. This work develops a method for determination of the spin and parity of the Higgs boson in several H → ττ decays, namely: H→ τ+ τ− → (h+ ντ )(h− ¯ντ ), H→ τ+ τ− → ( + ντ ¯ν )(π− ¯ντ ) and H→ τ+ τ− → ( + ντ ¯ν )( − ¯ντ ν ), where h denotes π or ρ meson. The method is based on the angular and energy correlations of charged final products from the decays mentioned above. Additionally, the work studies the possibility of signal (Higgs boson decay) and background (Z → ττ decay) discrimination, when one considers a decaying boson with spin 1. All calcula- tions are done in the leading order of perturbation theory. 1

The ATLAS experiment is one of the two general-purpose detectors at the Large Hadron Collider (LHC) at the European Organisation for Nuclear Research (CERN) in Switzerland. ATLAS is designed for precision mea- surements of particle properties, the search of the Higgs boson and new physics beyond the Standard Model. The experiment got worldwide atten- tion in 2012, when after the collaborative efforts with the CMS experiment the Higgs boson discovery was announced. After the discovery, the preci- sion measurements of its properties became one of the main objectives of the LHC physics programme, since a potential observation of deviations from the Standard Model predictions might lead to the discovery of new physics. In this thesis, the measurements of the Higgs boson production cross-sections in the H → ττ decay channel are presented. Based on the proton-proton collision data collected at the centre-of-mass energy of 13 TeV in years 2015 and 2016, the signal over the expected background from the other Standard Model processes is established with the observed significance of 4.4σ. Com- bined with the data collected at 7 and 8 TeV, the observed signal significance amounts to 6.4σ, which constitutes a single experiment observation of the H → ττ decays by ATLAS. All presented results are found to be consistent with...