The intriguing nature of the top quark, by far the heaviest particle in the Standard Model of particle physics, has motivated the development of many theoretical extensions predicting the existence of new massive particles decaying to a pair of top-antitop quarks. The production of these hypothetical particles in proton-proton collisions at the Large Hadron Collider would reveal itself as a resonance in the expected smooth distribution of the top-antitop quark invariant mass. This thesis presents a search for such a new heavy particle decaying to a pair of top-antitop quarks in the semi-leptonic final state. The analyzed data sample amounts to a total of 4.6 fb−1 at a proton-proton collision center-of-mass energy of 7 TeV. Novel techniques specifically tailored to the identification of the decay products of highly energetic top quarks are developed and used. No evidence for resonant production of pairs of top-antitop quarks is found and, as a result, constraints are set on two theoretical models. Upper limits on the production cross-section times branching ratio are established at a 95% credibility level for a leptophobic Z′ boson from the Topcolor model, and a Kaluza-Klein gluon from the Randall-Sundrum model. The Z′ boson and the Kaluza-Klein gluon are excluded to exist (at a 95% credibility level) in the mass ranges 0.8-1.65 TeV and 0.8-1.88 TeV, respectively. The constraints de- rived in this thesis on the two theoretical models are more stringent than the ones obtained at other experiments, thanks to the large center-of-mass energy and the dedicated high-energy top quark identification techniques used. / La nature intrigante du quark top, de loin la particule élémentaire la plus lourde du Modèle standard de la physique des particules, a motivé le développement de nom-breuses théories prédisant l'existence de nouvelles particules massives se désintégrant en une paire de quarks top-antitop. La production de ces particules hypoth étiques dans des collisions de type proton-proton au Grand collisionneur de hadrons (LHC) se manifesterait sous la forme d'une résonance dans la distribution de la masse invariante des paires de quarks top-antitop. La présente thèse consiste en une recherche d'une telle particule se désintégrant en une paire de quarks top-antitop dans l'état final dit semi-leptonique. La taille de l'échantillon de données analysé équivaut à 4.6 fb−1 à une énergie de centre de masse des collisions proton-proton de 7 TeV. Des techniques novatrices d'identification des produits de désintégrations de quarks top à grande énergie sont développées et utilisées. La présence d'une résonance dans la production de paires de quarks top-antitop n'a pu être établie et, conséquemment, des contraintes sont dérivées sur deux modèles théoriques. Des limites supérieures sur la section efficace de production multipliée par le rapport de branchement sont établies avec un niveau de crédibilité de 95% pour un boson Z′ leptophobique du modèle Topcolor, ainsi que pour un gluon Kaluza-Klein du modèle Randall-Sundrum. Le boson Z′ et le gluon Kaluza-Klein sont proscrits (avec un niveau de crédibilité de 95%) dans la région de masse 0.8-1.65 TeV et 0.8-1.88 TeV respectivement. Grâce à la grande énergie de centre de masse ainsi qu'aux techniques spécialisées d'identification des quarks top de grande énergie, les contraintes dérivées dans la présente thèse sur les deux modèles théoriques ici considérés sont plus restrictives que celles obtenues par le biais d'autres expériences.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.123013 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Chapleau, Bertrand |
| Contributors | Brigitte Vachon (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically submitted theses |
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