Title: Time resolution of TileCal and searches for heavy metastable parti- cles Author: Martina Pagáčová Department: Institute of Particle and Nuclear Physics Supervisor: Doc. RNDr. Rupert Leitner, DrSc. Supervisor's e-mail address: Rupert.Leitner@cern.ch Abstract: In the present work, the timing of the ATLAS TileCal is stud- ied using the single hadron collision data. The time resolution and also the mean time response depend on the energy deposited in a given cell. The results are compared to the previous analysis with jets and muons. Precise time-of-flight measurement using TileCal can be used to identify the heavy long-lived particles predicted by the models of physics beyond the standard model. Their mass can be reconstructed by combining with the momentum measurement in the ATLAS inner detector. Finally, the mass resolution of an exotic particle with mass M = 600 GeV is estimated. Keywords: ATLAS experiment, TileCal, time resolution, stable massive particles

Title: Tile Calorimeter response to muons Author: Tomas Javurek Department: Institute of Particle and Nuclear Physics Supervisor: RNDr. Tomas Davidek, Ph.D. Supervisors e-mail address: davidek@ipnp.troja.mff.cuni.cz Abstract: The aim of present work is investigation of Tile calorimeter (subde- tector of ATLAS experiment) response to muons. Muons can help to monitor spatial non-linearities in this hadronic detector. Graphs of unifromities are used for these purposes i.e. dependence of dE/dx (deposited energy per unit length) on azimuthal angle φ and polar angle θ which is represented by pseu- dorapidity η. Finally the dependence of dE/dx on energy was also studied. Keywords: TileCal, muon, uniformity, energy loss

The Large Hadron Collider (LHC) located at the European Organization for Nuclear Research (CERN) is the most powerful particle accelerator in the world in terms of collision energy and luminosity. This thesis presents a search for supersymmetric particles in proton-proton collision data recorded by the ATLAS experiment. A search for direct production of chargino and slepton pairs in a final state characterised by the presence of two leptons and missing transverse momentum is presented. This analysis is done using L = 20 fb-1 proton-proton collisions at √s = 8 TeV collected in 2012. No significant excess over background is observed. Exclusion limits at 95% confidence level on chargino, neutralino and slepton production are set. In 2011-12 the LHC was providing collisions every 50 ns. This puts very strong requirements on the energy measurement in presence of energy deposits from different collisions in the same read-out window and in the same calorimeter channel (pile-up). A quality factor computed offline for each collision and for each channel in the ATLAS Tile Calorimeter (TileCal) is studied. It is shown that the quality factor can be used to select channels that need a special treatment to account for large energy deposition from pile-up. Efficient criteria to detect pile-up in TileCal channels are proposed.

Ce travail de thèse s'attache à simuler le potentiel de découverte de la supersymétrie (SUSY) au collisionneur LHC du CERN avec le détecteur ATLAS dans le canal pp->w1+z2->3l+X. Les résultats sont fournis pour les phases de basse et de haute luminosité du LHC. Dans un premier temps, nous montrons que la SUSY induit un excès à 5 écart-standards par rapport aux pédictions du Modèle Standard (MS) dans la topologie inclusive trilepton dans un grand domaine de l'espace des paramètres SUSY. Nous indiquons que les contributions des processus SUSY autres que pp->w1+z2 (fond supersymétrique) sont non négligeables. Ensuite, nous affinons l'analyse pour augmenter la pureté du signal pp->w1+z2->3l+X. Ceci nous permet d'étudier les propriétés spécifiques de ce processus. En particulier nous reconstruisons la différence de masse m(z2)-m(z1). Nous proposons une méthode originale pour reconstruire tout le secteur des gauginos à partir de cette observable expérimentale (cette méthode suppose l'unification de la masse des gauginos). Un chapitre est également consacré à l'étude de l'uniformité spatial e de la réponse des photomultiplcateurs Hamamatsu R5900 utilisés pour la lecture du calorimètre hadronique (Tilecal) d'ATLAS.

ATLAS est l'une des quatre expériences en cours d'installation au CERN. Afin d'étudier ses performances, une tranche complète du détecteur ATLAS a été testée en faisceau durant l'année 2004. Ce document présente une analyse de la réponse en faisceau-test, des portions de calorimètre électromagnétique (LAr) et hadronique (TileCal) dans le cas de pions chargés. <br />L'étude débute par une description de la calorimétrie centrale d'ATLAS. Dans le cas du TileCal, l'étude est complétée par une analyse globale des résultats des tests de l'électronique frontale.<br />L'analyse de la réponse des calorimètres est divisée en trois parties. On s'intéresse tout d'abord aux pions atteignant TileCal au minimum d'ionisation, afin de contrôler les performances de ce calorimètre seul. Ensuite, la réponse combinée des calorimètres est déterminée pour des pions de haute énergie (20 à 350 GeV). L'étude se termine par une analyse de la réponse calorimétrique pour des pions de basse énergie (3 à 9 GeV)

Title: Monte Carlo Simulations of the Tile Calorimeter and Measurement of the Z → ττ Cross Section with the ATLAS Detector Author: Mgr. Jana Nováková Department: Institute of Particle and Nuclear Physics (IPNP) Supervisor: RNDr. Tomáš Davídek, PhD., IPNP Supervisor's e-mail address: davidek@ipnp.troja.mff.cuni.cz Abstract: The Monte Carlo simulations of the Tile calorimeter in the ATLAS experiment at the LHC, especially the electronic noise and multiple interactions (co-called pile-up), are discussed in the thesis. A good agreement in the cell energy distribution between data and Monte Carlo simulations is found. The cross section measurement of Z → ττ events with the ττ invariant mass between 66 and 116 GeV with the ATLAS experiment is described in the next part of the thesis. Data samples collected during 2011 corresponding to the integrated luminosity of 1.34 - 1.55 fb−1 are used for the analysis. The measurements are performed in three different final states depending on the decay mode of the τ leptons. The measurement in the channel with one τ lepton decaying leptonically into the electron + neutrinos (schematically τ → e + νe + ντ ) and the other one hadronically (schematically τ → hadrons + ντ ), especially the calculation of the nominal cross section and the evaluation of the systematic...

The thesis deals with Tilecal hadron calorimeter, which is part of the ATLAS detector at the LHC at CERN. Main area of interest is a time calibration of the detector, which is necessary to accurately determine the energy especially of jets produced as a result of precipitation collisions of protons. Based on obtained experimental data from 2011 thoroughly explored the relationships between the time of arrival of the particles into the cells of the detector and their energies, or the distance from the given objects. By describing the time calibration, one can correct originally obtained time constants. Description and resolution of time jumps in timing of channels are part of the thesis, corrections of identified examples are included. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Tile Calorimeter modules are regularly tested in the CERN SPS North Area, as they are an integral part of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider at CERN. In this thesis, test beam data from November 2018 were used for two separate analyses. Muon SPS H8 beam allowed for the review of radial electromagnetic cali- bration in the extended barrel module EBC65. Data from November 2018 test beam confirmed the correctness of previously established and used constants for rectifying uneven response in A, BC and D cell rows. In the second analysis, hadron beam from the SPS accelerator impinging on the Tile Calorimeter modules in the projective geometry was utilized. It served to determine the distribution of the mean energy in the calorimeter for hadronic showers in Tile Calorimeter at η varying from −0.05 up to −0.65. 1

Cette thèse a pour but la recherche de Nouvelle Physique dans les événements à quatre quarks top en utilisant les données collectées dans les collisions proton-proton par l'expérience ATLAS au LHC. L'ensemble des données correspond à celui enregistré pendant tout 2011 à √s = 7 TeV et une partie de l'année 2012 à √s = 8 TeV. L'analyse est concentrée sur un état final avec deux leptons (des électrons et des muons) avec la même charge électrique. Cette signature est expérimentalement privilégiée puisque la présence de deux leptons avec le même signe dans l'état final permet de réduire le bruit du fond qui vient des processus du Modèle Standard. Les résultats sont interprétés dans le contexte d'une théorie effective à basse énergie, qui suppose que la Nouvelle Physique peut se manifester à basse énergie comme une interaction de contact à quatre tops droits. Dans ce contexte, cette analyse permet de prouver un type de théorie au delà du Modèle Standard qui, à basse énergie, peut se manifester de cette manière. Les bruits du fond pour cette recherche ont été estimés en utilisant des échantillons simulés et des techniques axées sur les données. Différentes sources d'incertitudes systématiques ont été considérées. La sélection finale des événements a été optimisée en visant à minimiser la limite supérieure attendue sur la section efficace de production des quatre tops si aucun événement de signal n'est trouvé. La région du signal a été ensuite examinée à la recherche d'un excès d'événement en comparaison avec le bruit du fond prévu. Aucun excès d'événement n'a été observé, et la limite supérieure observée sur la section efficace de production de quatre quarks top a été calculée. Ceci a permis de calculer la limite supérieure sur la constante de couplage C=2 du modèle. Une limite supérieure sur la section efficace de production de quatre tops dans le Modèle Standard a été aussi calculée dans l'analyse a √s = 8 TeV. En plus de l'analyse physique du signal de quatre tops, des études concernant le système d'étalonnage LASER du calorimètre Tile ont été présentées. Ces études sont liées au système des photodiodes utilisé pour mesurer l'intensité de la lumière dans le système LASER. / This thesis presents the search for New Physics in events with four top quarks using the data collected in proton-proton collisions by the ATLAS experiment at the LHC. The dataset corresponds to the one taken during all 2011 at √s = 7 TeV and a part of 2012 at √s = 8 TeV. The analysis focuses on a final state with two leptons (electrons and muons) with the same electric charge. This signature is experimentally favored since the presence of two same-sign leptons in the final state allows to reduce the background coming from Standard Model (SM) processes. The results are interpreted in the context of a low energy effective field theory, which assumes that New Physics at low energy can manifest itself as a four right-handed top contact interaction. In this context, this analysis allows testing a class of beyond-the-SM (BSM) theories which at low energy can manifest in this way. Backgrounds to this search have been estimated using simulated samples and data-driven techniques. Different sources of systematic uncertainties have been also considered. The final selection of events has been optimized by aiming at minimizing the expected upper limit on the four tops production cross-section in case of no signal events found. The signal region is then analyzed by looking for an excess of events with respect to the predicted background. No excess of events has been observed, and the observed upper limit on the four tops production cross-section has been computed. This limit is then translated to an upper limit on the coupling strength C=2 of the model. An upper limit on the four tops production cross-section in the SM has been also computed in the analysis performed at √s = 8 TeV. In addition to the physics analysis of the four tops signal, some studies about the LASER calibration system of the ATLAS Tile calorimeter are presented. In particular, they are related to the photodiodes system used to measure the intensity of the laser light in the LASER system.

Ce document présente le travail réalisé pour instrumenter les "Super-Timim", supports de l'électronique frontale du calorimètre hadronique à tuiles scintillantes d'ATLAS, ainsi que l'analyse préparatoire de mesure de la masse du quark Top avec le détecteur ATLAS. Dans un premier temps, la partie instrumentale expose les différentes étapes ayant conduit â l'instrumentation. Ceci a nécessité en amont une phase dite d'intégration, lors de laquelle des méthodes ont été développées pour résoudre les problèmes liés aux contraintes d'espace et à l'ergonomie lors de l'assemblage des Super-Tiroirs. L'expérience acquise lors de cette première phase a permis la rédaction du protocole de montage des Super-Tiroirs et la mise en place des deux chaînes de montage. Les dix premiers Super-Tiroirs ont ainsi été produits pour ha période de faisceaux 2001, et le démarrage de la production en continu des 260 Super-Tiroirs restants doit commencer en juin 2002. Dans la partie analyse, cette thèse traite de la mesure précise de la masse du quark Top dans le canal lepton plus jets. Il est montré en premier lieu que les incertitudes systématiques domineront la précision de la mesure, en particulier la connaissance de l'échelle d'énergie des jets ainsi que les rayonnements de gluons dans l'état final, conduisant à une erreur totale d'environ 2 GeV. Il est ensuite montré que les mêmes événements peuvent être utilisés pour l'étalonnage en énergie des jets légers à mieux que le pour-cent. Enfin l'utilisation d'un ajustement cinématique devrait permettre de réduire l'impact des effets dus à la connaissance de l'échelle d'énergie des jets légers ainsi qu'aux rayonnements dans l'état final. Une incertitude totale sur la mesure de la masse du quark Top à mieux que 1 GeV paraît envisageable en une année de prise de données à basse luminosité, cette incertitude étant dominée par la connaissance de l'échelle d'énergie des jets de quarks b, supposée à 1%.