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Search for new physics in dielectron and diphoton final states at CMS

par Fasanella, Giuseppe
Président du jury Tytgat, Michel
Promoteur Clerbaux, Barbara ;Meridiani, Paolo P.
Publication Non publié, 2017-09-15

Thèse de doctorat

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Résumé :

Cette thèse décrit les recherches de nouvelles résonances massives se décomposant en une paire d’électronsou une paire de photons dans l’état final. Différents ensembles de données, provenant des collisionsproton-proton à une énergie dans le centre de massesqrt(s) = 13 TeV au Large Hadron Collider (LHC) etenregistrées par l’expérience CMS en 2015 et 2016, ont été analysés. Après un chapitre consacré à ladescription du modèle standard de la physique des particules élémentaires, les motivations pour l’introductionde nouvelles théories qui dépassent le modèle standard sont introduites et certaines classes demodèles sont décrites. Les techniques utilisées pour reconstituer les particules produites dans les collisionssont discutées ensuite, avec un accent particulier sur la reconstruction des électrons et des photons. Deuxanalyses séparées sont présentées.La première est la recherche d’une nouvelle résonance lourde se désintegrant en une paire d’électronsdans l’état final. De telles résonances sont prédites par une variété de modèles tels que les théories degrand unification ou les théories introduisant des dimensions supplémentaires. Leur signature apparaîtraitcomme un excès localisé d’événements dans le spectre de masse invariante des paires électron-positron.La sélection des événements est optimisée pour être très efficace pour les électrons à haute énergie etéviter de perdre des événements de signal potentiels. L’analyse repose sur des échantillons simulés pourl’estimation de la principale source de bruit de fond, qui est le processus Drell-Yan du modèle standard,où un boson Z est produit. Des approches basées sur les données sont poursuivies pour la validation dela simulation du bruit de fond avec des électrons produites dans l’état final et pour la déterminationdu bruit de fond provenant de processus de quantum chromo dynamics. Après avoir inspecté la masseinvariante des paires électron-positron, aucun excès sur la prédiction du modèle standard est observée, etdes limites supérieures à 95% de niveau de confiance sont placées sur le rapport entre la section efficacede production multipliée par le rapport de branchement d’une nouvelle résonance et cette même quantitéau pic du boson Z.La deuxième analyse présentée dans cette thèse est la recherche d’une nouvelle résonance lourde se désintegranten une paire de photons dans l’état final, dont l’existence est prédite par des modèles avec dessecteurs de Higgs non minimaux ou par des théories qui postulent l’existence de dimensions spatialessupplémentaires. Leur signature apparaîtrait comme un excès localisé d’événements dans le spectre demasse invariante des paires de photons. La sélection des événements a été optimisée afin d’être très efficacepour les photons à haute énergie et d’éviter la perte de signaux potentiels. L’estimation du bruit de fondest entièrement basée sur les données et réalisée avec un paramétrisation du spectre de masse invarianteobservé. Après l’inspection de la masse invariante des paires de photons, aucun excès par rapport à laprediction du modèle standard n’est observé, et des limites supérieures à 95% de niveau de confiance sontplacées sur la section efficace de production multipliée par le rapport de branchement d’une nouvelle résonance.Les résultats ont également été combinés avec ceux obtenus par les mêmes techniques d’analyse,mais avec des ensembles de données différents.