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Cette thèse présente la première investigation expérimentale de la diffusion des bosons massifs (VBS) dans le canal ZZ où les deux bosons de Z se désintégrés en muons où électrons et sont associées avec deux jets hadroniques (ZZjj->lll’l’jj, l=e,mu). VBS constitue un processus clé dans la compréhension de la physique de la brisure de la symétrie électrofaible et le rôle du boson de Higgs découvert en 2012. Cette étude exploite 35.9fb-1 des collisions proton-proton enregistrés avec le détecteur CMS au Grand collisionneur des hadrons (LHC) à sqrt(s) = 13 TeV. Une analyse multivarié (MVA) est utilisée pour séparer le signal électrofaible du bruit de fond irréductible QCD et pour mesurer la force du signal mu, c'est-à-dire le quotient des nombres d'événements observés et celles attendues. La force du signal observé est de mu = 1.39 (+0.86 -65) et exclut l'hypothèse de l'absence d’un signal à 2.7 écart type (1.6 écart type attendue). Des limites sur la physique au-delà du modèle standard sont dérivés sur les couplages quartiques anomaux dans le cadre de la théorie des champs effectifs (EFT), résultant dans les limites les plus rigoureux sur les couplages des opérateurs T8 et T9.L’analyse VBS dans le canal ZZjj demande une modélisations exacte du signal et du bruit de fond irréductible, exigeant des nouveaux simulations. Des efforts intensifs sur la génération et comparaison des prédictions théoriques de plusieurs générateurs d'événements MC est présenté. La compréhension détaillée du signal et des bruit des fonds sont exploités pour développer et optimiser de façon systématique un arbre de décision boosté (BDT). Un classificateur basé sur les éléments de matrices et également développé et sa puissance comparé aux BDT, montrant des performances identiques. La technique d’extraction du signal par un fit des templates de tous les événements permets d’aussi contraindre la normalization du bruit de fond QCD par les données.Des analyses à quatre leptons comme la recherche pour le processus VBS dans le canal ZZ dépend de la capacité de reconstruire et identifier de façon efficace les leptons dans l'état final. Cette thèse présente des optimisations du algorithme multivarié d’identification des électrons utilisé dans les premiers données à 13 TeV en 2015. L'exploitation des variables liées aux traces des électrons permette une réduction de 50% du bruit de fond des électrons non-prompt. En suivant les changements dans la reconstruction des électrons et grâce à une optimisation continue des algorithmes, la performance dans l'identification des électrons a été maintenue pour les donnés enregistrés en 2016 malgré l’empilement plus sévère. La mesure d'efficacité de sélection d'électrons utilisées pour tous les études à multi-leptons dans CMS sont également documenté. / This thesis reports the first experimental investigation into vector boson scattering (VBS) in the the ZZ channel, where both Z bosons are required to decay into electrons or muons and are accompanied by at least two hadronic jets (ZZjj->lll’l’jj, l=e,mu). VBS is a key process in the elucidating the physics of electroweak symmetry breaking and the role of the recently discovered Higgs boson. The study analyses 35.9fb-1 of proton-proton collisions collected with the CMS experiment at the CERN Large Hadron Collider at a center-of-mass energy of 13 TeV. A multivariate analysis (MVA) technique is exploited to separate the electroweak signal from the QCD irreducible background and to measure the signal strength mu, that is the ratio of the observed number of events to the standard model expectation. The observed signal strength is mu = 1.39 (+0.86 -65) which excludes the background-only hypothesis at 2.7 standard deviations (1.6 standard deviations expected). Limits on physics beyond the standard model are derived in terms of anomalous quartic gauge couplings in the effective field theory approach, providing the most stringent constraints to date on the couplings for the operators T8 and T9.The ZZjj VBS analysis requires an accurate modelling of the signal and irreducible background processes, going beyond the existing simulations. Extensive work on generating and comparing the theory predictions from several MC event generators is presented. The detailed understanding of the signal and background kinematics is used to develop and systematically optimize a boosted decision tree (BDT) classifier. A matrix-element discriminant is also developed and its classification performance compared to the BDT, finding comparable performance and indicating that the BDT is adequate. The final signal extraction technique via a template fit of all ZZjj events is designed to simultaneously constrain the normalization of the QCD background using the data.Multi-lepton analyses like the search for VBS in the ZZ channel depend on the ability to efficiently reconstruct and identify the final state leptons. This work presents the optimizations on the multivariate electron identification algorithms used in the first data at 13 TeV in 2015. A study on extending the use of tracking information in the MVA resulted in the reduction of the non-prompt electron background by up to 50%. Monitoring changes to the reconstructed electron objects and continuous optimizations allowed to improve or maintain the performance of the electron MVA ID algorithms, despite the harsher pile-up conditions in the 2016 data. The electron efficiency measurements used by the 2016 multi-lepton analyses in CMS are also documented.

In this dissertation, we present a study of WZ production in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV. The data analyzed was collected by the ATLAS detector and corresponds to an integrated luminosity of \(4.6 fb^{−1}\) provided by the Large Hadron Collider in 2011. We select WZ events in the fully leptonic decay mode with electrons, muons, and missing transverse energy in the final state. Events are required to have three isolated leptons with significant transverse momentum, a large missing transverse energy, a Z candidate reconstructed from two of the selected leptons, and a W candidate reconstructed from the missing transverse energy and third lepton. The major backgrounds to the WZ signal in the leptonic decay channel are Z+jets events, ZZ production, Z+photon events, and events with top quarks. We estimate the Z+jets and top quark background contributions from data and take the expected contribution for the other background processes from simulation. We observe 317 WZ candidates in data, with a background expectation of \(68\pm10\) events. The total production cross section is extracted from the selected sample using a maximum likelihood method and is determined to be \(19.0^{+1.4}_{-1.3} (stat) \pm0.9 (syst) \pm0.4 (lumi) pb\), which is consistent with the next-to-leading Standard Model prediction of \(17.6^{+1.1}_{-1.0} pb\). WZ production in the Standard Model includes a contribution from the WWZ triple gauge boson vertex. If new physics beyond the Standard Model exists and interacts with W and Z bosons, the coupling of the WWZ vertex could differ from the Standard Model prediction. We set limits on anomalous triple gauge boson couplings using the transverse momentum spectrum of Z bosons in the selected sample. We derive the 95% confidence interval for three model-independent anomalous triple gauge couplings using a frequentist approach and set the most stringent bounds to date on two of the three parameters. / Physics

Les mesures de sections efficaces de production di-bosons constituent une partie importante du programme de physique au Large Hadron Collider (Grand collisionneur de hadrons) au CERN. Ces analyses de physique offrent la possibilité d'explorer le secteur électrofaible du modèle standard à l'échelle du TeV et peuvent être une indication de l'existence de nouvelles particules au-delà du modèle standard. L'excellente performance du LHC dans les années 2011 et 2012 a permis de faire les mesures très compétitives. La thèse donne un aperçu complet des méthodes expérimentales utilisées dans la mesure de la section efficace de production de W⁺W⁻ dans les collisions proton-proton au √s = 7 TeV et 8 TeV. Le texte décrit l'analyse en détail, en commençant par l'introduction du cadre théorique du modèle standard et se poursuit avec une discussion détaillée des méthodes utilisées dans l'enregistrement et la reconstruction des événements de physique dans une expérience de cette ampleur. Les logiciels associés (online et offline) sont inclus dans la discussion. Les expériences sont décrites en détail avec en particulier une section détaillée sur le détecteur ATLAS. Le dernier chapitre de cette thèse présente une description détaillée de l'analyse de la production de bosons W dans les modes de désintégration leptoniques utilisant les données enregistrées par l'expérience ATLAS pendant les années 2011 et 2012 (Run I). Les analyses utilisent 4,6 fb⁻¹ de données enregistrées à √s = 7 TeV et 20,28 fb⁻¹ enregistré à 8 TeV. La section efficace mesurée expérimentalement pour la production de bosons W dans l'expérience ATLAS est plus grande que celle prédite par le modèle standard à 7 TeV et 8 TeV. La thèse se termine par la présentation des résultats de mesures différentielles de section efficace. / Measurements of di-boson production cross-sections are an important part of the physics programme at the CERN Large Hadron Collider. These physics analyses provide the opportunity to probe the electroweak sector of the Standard Model at the TeV scale and could also indicate the existence of new particles or probe beyond the Standard Model physics. The excellent performance of the LHC through years 2011 and 2012 allowed for very competitive measurements. This thesis provides a comprehensive overview of the experimental considerations and methods used in the measurement of the W⁺W⁻ production cross-section in proton-proton collisions at √s = 7 TeV and 8 TeV. The treatise covers the material in great detail, starting with the introduction of the theoretical framework of the Standard Model and follows with an extensive discussion of the methods implemented in recording and reconstructing physics events in an experiment of this magnitude. The associated online and offline software tools are included in the discussion. The relevant experiments are covered, including a very detailed section about the ATLAS detector. The final chapter of this thesis contains a detailed description of the analysis of the W-pair production in the leptonic decay channels using the datasets recorded by the ATLAS experiment during 2011 and 2012 (Run I). The analyses use 4.60 fb⁻¹ recorded at √s = 7 TeV and 20.28 fb⁻¹ recorded at 8 TeV. The experimentally measured cross section for the production of W bosons at the ATLAS experiment is consistently enhanced compared to the predictions of the Standard Model at centre-of-mass energies of 7 TeV and 8 TeV. The thesis concludes with the presentation of differential cross-section measurement results.