Title: Analysis of J/Psi + photon production in proton-proton collisions on ATLAS at LHC Author: Bc. Zuzana Vidláková Department: Institute of particle and nuclear physics Supervisor: prom. fyz. Václav Vrba, CSc. (Academy of Sciences of the Czech Republic) Abstract: The subject of this thesis is physics connected to quarkonia and their studies at the ATLAS detector situated at LHC in CERN, Geneva. In this thesis, following topics are cov- ered: ATLAS detector, history of physics connected to quarkonia, production mechanisms of quarkonia, software used at CERN for data analysis and cross-section measurement of J/Psi + photon continuum. The analysis was done on behalf of the B-physics working group at ATLAS. Keywords: CERN, LHC, ATLAS, B-fyzika, quarkonia

L'idée de base de cette thèse est la mesure de la fonction de fragmentation du quark b dans un environnement de collisionneur e+e−, le LEP, à une énergie dans le centre de masse qui est celle du pic du Z0 et sa transposition dans le cadre d'un collisionneur hadronique, le TeVatron, à une énergie dans le centre de masse de 1,96 TeV. Pour cela on utilise le cadre de l'expérience DELPHI au LEP et celui de l'expérience CDF au TeVatron. Ces deux détecteurs sont particulièrement bien adaptés pour réaliser cette mesure. Tous deux bénéficient du nécessaire ensemble de sous-détecteurs de traces et d'identification de particules très performants. De plus CDF s'est équipé d'un système de déclenchement novateur, basé sur l'information du trajectographe gazeux et du microvertex, qui lui permet de tirer le meilleur profit des hauts taux de production de b en collisionneur hadronique. L'analyse développée ici extrait les composantes QCD perturbative et QCD non perturbative de la fonction de fragmentation dans le contexte e+e−. En effet, dans ce cadre, le processus QCD est bien compris, ce qui permet d'extraire la partie non perturbative directement à partir des données et non pas, comme habituellement, par comparaison avec les prédictions de divers modèles de fragmentation introduits dans le Monte Carlo et en ajustant les paramètres pour faire correspondre au mieux données simulées et réelles. On peut directement utiliser la partie non perturbative de la fonction de fragmentation ainsi trouvée à l'environnement d'un collisionneur hadronique, pourvu que l'on se place dans le même cadre de travail et que l'on tienne correctement compte de tous les processus QCD de production du b. L'impact de cette étude pour d'autres mesures telle que, par exemple, celle des oscillations Bs ou celle de la section efficace de production du b au TeVatron est présenté en conclusion de ce travail.

Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss., 2009

Using 3 fbˉ1 of proton-proton collisions, collected at centre-of-mass energies of √s = 7 and 8 TeV by the LHCb detector, several measurements of charmless B⁰s meson decays are made. A search is also performed for a highly suppressed B⁰ decay. First, the branching fraction of the B0⁰s→ ØØ decay is measured to be B(B⁰s→ ØØ) = (1.84 ± 0.05(stat) ± 0.07(syst) ± 0.11(fs=fd) ± 0.12(norm))X10ˉ⁵; where the third and fourth uncertainties arise from the fragmentation fraction fs/fd and the branching fraction of the normalisation mode. This represents a factor of five reduction in the statistical uncertainty compared to the previous best measurement. An upper limit on the branching fraction of the mode B⁰→ ØØ is set at B(B⁰→ ØØ) < 2.8 X 10ˉ⁸ (90% CL). This is a factor of seven improvement over the previous best measurement. An amplitude analysis of the B⁰s→ ØK+Kˉ decay is performed, wherein first observations of the decay modes B⁰s→ Øf´2(1525) and B⁰s→ ØØ(1680) are made. The branching fraction of the B⁰s→ Øf´2(1525) decay is measured to be B(B⁰s→ Øf´2 (1525)) = (1.63 ± 0.18(stat) ± 0.12(syst) ± 0.29(model) ± 0.17(norm)) X 10ˉ⁶; where the 'model' uncertainty arises from the choice of amplitude model. The longitudinal polarisation fraction of the decay B⁰s→ Øf´2(1525) is measured to be F0 = (86.6 ± 3.4 ± 0.8 ± 2.0 (model))%.

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.

A search for the Higgs boson produced with large transverse momentum and decaying as H -&gt; bb is presented, using the 80 fb^{-1} from the dataset collected by the ATLAS detector at sqrt{s}=13 TeV. The Higgs boson is reconstructed as a large-R jet with two b-tagged variable radius track-jets. The work focuses on a peculiar event topology in which the Higgs is produced in association with another Large-R jet. Considering events with reconstructed pT above 480 GeV and with a reconstructed mass from 70-230 GeV, a signal significance of 1.6 sigma for the Higgs and of 5 sigma for the V (Z boson + W boson) is observed. Furthermore, the new Full Run2 analysis is presented, using 136 fb^{-1} from the dataset collected by the ATLAS detector at sqrt{s}=13 TeV. The strategy up to the computation of the expected sensitivity for the Higgs boson is presented in this thesis. The validation of the background modeling is described in details, including tests on data. A preliminary extraction of the Z boson signal is performed and the measured signal strength corresponds to muZ = 0.82 +/- 0.09.

Avec la statistique correspondant à la luminosité de 20,7 fb-1 intégrée à la réso- nance Y(4S) par l'expérience BABAR, nous avons reconstruit de façon complète des échantillons purs à 90 % de 6967+/-95 mésons B0/B0bar et 7266+/-94 mésons B+/B-. Il s'agit du plus grand échantillon de mésons B complètement reconstruits au monde. Cet échantillon est fondamental pour les analyses temporelles essentielles du programme expérimental de BABAR. Elles consistent à étudier l'évolution temporelle des mésons B pour déterminer les grandeurs physiques associées à la violation de CP , la fréquence delta-m des oscillations B 0 B 0 et les durées de vie des mésons B. La première observation de la violation de CP dans le système B0 /B0bar a utilisé notre échantillon de mésons B neutres pour séparer l'effet recherché de ceux des imperfections de la détermination expérimentale de la saveur des mésons B. Pour les mesures de delta-m et des durées de vie, cet échantillon constitue le signal. La mesure des durées de vie était l'objectif principal de cette thèse. Nous avons obtenu les résultats suivants : tau(B 0 ) = 1,546 +/-0,032 (stat) +/- 0,022 (syst) ps , tau(B + ) = 1,673 +/- 0,032 (stat) +/- 0,023 (syst) ps , tau(B + )/tau(B 0 ) = 1,082 +/- 0,026 (stat) +/- 0,012 (syst) : La précision est sensiblement la meme que celle des résultats combinés de toutes les expériences antérieures publiés en 2000. Il s'agit de la première mesure des durées de vie des mésons B eectuée à l'énergie de l'Y(4S). Nous avons mis au point une nouvelle méthode de mesure optimisée pour ces conditions expérimentales. Nos résultats sont compatibles avec les valeurs moyennes de l'année 2000. Les prédictions théoriques les plus récentes présentées pendant l'été 2001 sont en excellent accord avec nos mesures.

This thesis presents the measurement of the differential cross section of the top-antitop pair production in proton-proton collisions at center-of-mass energy of 8 TeV at the ATLAS experiment. The measurement is performed for top-antitop events in the single lepton decay channel in the boosted topol- ogy. The measured differential cross section is expressed as a function of the top quark transverse momentum at particle level and at parton level. The mea- sured distributions are compatible with the theoretical predictions of the Standard Model. The experimental techniques used in this measurement are discussed with emphasis on the jet reconstruction and on the identification of jets originating from b-quark fragmentation. The jet reconstruction is influenced by simultane- ous proton-proton collisions (pileup), and the mitigation of these pileup effects is studied. A novel pileup subtraction technique for jets is proposed using an ex- tension of the methods currently being employed by the LHC experiments. The new method has a good performance in removing the pileup contributions at the level of jet constituents. 1

ATLAS, LHC, quark b, quark top, étiquetage des jets issus de quark b, calibration des algorithmes d'étiquetage des jets issus de quark b, quarks top-antitop, section efficace, section efficace différentielle des paires top-antitop, masse du top, rapidité du top, nouvelle physique.

Le Modèle Standard de la physique des particules décrit les particules elementaires et leurs interactions avec une grande précision. Il décrit trois des quatre interactions fondamentales connues entre les particules elementaires : les interactions faibles, fortes et électromagnétiques. Le Modèle standard fournit aussi une description précise des interactions électrofaibles jusqu’à des échelles d’énergie qui ont été étudies dans les expériences de physique de haute énergie. Les interactions ainsi que les désintégrations d'un grand nombre de particules découvert et observe tout au long des expériences différentes dans les 50 dernières années sont également décrites. En dépit de son succès, le Modèle Standard est loin d’être une théorie complète des interactions fondamentales car il n’intègre pas la théorie complète de la gravitation telle que décrite par la relativité générale, ni la prédiction de l’accélération de l'expansion de l'univers (qui pourrait être décrite par l’énergie noire). La théorie ne contient aucune particule de matière noire viable qui possède toutes les propriétés déduites de la cosmologie observationnelle. Également, elle ne prend pas en compte les oscillations de neutrinos (et leurs masses non nulles). On pense que la nouvelle physique doit exister conduisant a de nouvelles particules et phénomènes. L’échelle a laquelle cette nouvelle physique devrait appara&#305;tre n'est pas bien connue, cependant plusieurs arguments soulignent l’échelle du TeV et nécessitent une très haute énergie et des puissants collisionneurs de hadrons. Le Large Hadron Collider (LHC) est le plus grand accélérateur et collisionneur de particules existant. / The Standard Model of particle physics is very successful in describing elementary particles and their interactions with a great precision. It describes three of the four known fundamental interactions between elementary particles : the weak, the strong and the electromagnetic interactions. The Standard Model also provides an accurate description of the electroweak interactions up to energy scales that have been explored in high energy physics experiments. The interaction and decay of a large number of particles discovered and observed throughout different experiments in the last 50 years are also described. Despite its great success, the Standard Model falls short of being a complete theory of fundamental interactions because it does not incorporate the full theory of gravitation as described by general relativity, or predict the accelerating expansion of the universe (as possibly described by dark energy). The theory does not contain any viable dark matter particle that possesses all of the required properties deduced from observational cosmology. It also does not account for neutrino oscillations (and their non-zero masses). It is thought that new physics should exist leading to new particles and phenomena. The scale at which this new physics should appear is not well known, though several arguments point to the TeV scale and require a very high energy and powerful hadron collider. The Large Hadron Collider (LHC) is the biggest existing particle accelerator and collider. It is designed to provide proton-proton collisions with an unprecedented center-of-mass energy of 14 TeV, with instantaneous luminosities up to 10^{34} cm&#8722;2s&#8722;1.