S'authentifier
Soutenances

Search for doubly resonant beyond the Standard Model process with one Higgs boson and one scalar resonance in the final state in the bbγγ channel in the ATLAS experiment at the LHC

par Grigorii TOLKACHEV (CPPM, Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3 (FR))

→ Europe/Paris
Amphithéâtre (CPPM)

Amphithéâtre

CPPM
Description

Composition du jury :

Nom Affiliation Rôle
Mossadek TALBY CPPM, Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3 Président
Anne-Catherine LE BIHAN IPHC, Université de Strasbourg, CNRS Rapporteure
Andrea KNUE Fakultät Physik, Technische Universität Dortmund Rapporteure
Arely CORTES GONZALEZ ICEPP and Department of Physics, University of Tokyo Examinatrice
Emmanuel MONNIER CPPM, Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3 Directeur de thèse
Timothée THEVENEAUX-PELZER CPPM, Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3 Co-directeur de thèse

 

Résumé :

Cette thèse présente une recherche de résonances scalaires supplémentaires dans l'état final $X\to SH\to b\bar{b}\gamma\gamma$, en utilisant les données de collisions proton--proton enregistrées par le détecteur ATLAS auprès du LHC. L'analyse est motivée par des extensions du Modèle Standard (MS) avec un secteur de Higgs étendu, ainsi que par des excès locaux précédemment observés par ATLAS et CMS dans le même état final. 
L'intégralité des données du Run 2 sont utilisées (140.1 $\mathrm{fb}^{-1}$ à $\sqrt{\mathrm{s}}$=13 TeV), ainsi qu'un échantillon de données du Run 3 (58.6 $\mathrm{fb}^{-1}$ à $\sqrt{\mathrm{s}}$=13.6 TeV).

Des travaux portant sur les performances du calorimètre LAr et des photons sont également présentés: des études de la qualité des données de ce calorimètre, de validation du déclenchement numérique et d'identification de défauts liés à son électronique, d'évaluation des cellules bruitées, ainsi que sur l'efficacité d'identification des photons pour la simulation rapide.

La recherche présentée dans cette thèse cible une résonance scalaire lourde $X$ se désintégrant en un état scalaire plus léger $S$ et en un boson de Higgs du MS, $H$, avec $S\to b\bar{b}$ et $H\to\gamma\gamma$. Un réseau de neurones paramétré est utilisé pour séparer le signal du bruit de fond dans les intervalles de masse $170\leq m_X\leq1000$  GeV et $15\leq m_S\leq500$ GeV. Aucune déviation significative par rapport aux prédictions du MS n'est observée. La plus grande significance locale est de 2 $\sigma$ pour $(m_X,m_S)=(235,60)$ GeV, avec une significance globale inférieure à 0.5 $\sigma$. Les limites supérieures observées à 95\% CL sur $\sigma(pp\to X\to SH\to b\bar{b}\gamma\gamma)$ vont de $9.0~\mathrm{fb}$ à $0.06~\mathrm{fb}$, tandis que les limites attendues correspondantes vont de $11.4~\mathrm{fb}$ à $0.09~\mathrm{fb}$.

Cette recherche étant effectuée de manière quasi indépendante du modèle, dans le cadre de l'approximation de résonance étroite (narrow-width approximation, NWA), il est important d'évaluer la validité de cette hypothèse avant d'interpréter les résultats dans des modèles spécifiques. L'interprétation est donc étendue au-delà de la NWA à l'aide de scénarios de référence du TRSM. Les effets de largeur finie, de la production non résonante  $SH$ ainsi que de l'interférence entre les productions non résonante et résonante sont étudiés aux niveaux partonique et reconstruit, et leur impact sur la sensibilité de l'analyse est évalué pour plusieurs modèles de signal. Un critère de compatibilité est établi afin de déterminer la largeur maximale pour laquelle les hypothèses de signal demeurent expérimentalement compatibles avec le modèle de signal fondé sur la NWA. Ces résultats fournissent des indications pour l'interprétation des limites sur les sections efficaces obtenues avec des modèles de signal fondés sur la NWA dans des scénarios théoriques plus généraux susceptibles de prédire des résonances de largeur finie.

Abstract :


This thesis presents a search for additional scalar resonances in the $X\to SH\to b\bar{b}\gamma\gamma$ final state using proton--proton collision data collected by the ATLAS detector at the LHC. The analysis is motivated by extensions of the Standard Model (SM) with an extended Higgs sector, and by local excesses previously reported by ATLAS and CMS in the same final state. The search uses the full Run-2 dataset, corresponding to $140.1 \mathrm{fb}^{-1}$ at $\sqrt{s}=13~\mathrm{TeV}$, together with a partial Run-3 dataset, corresponding to $58.6~\mathrm{fb}^{-1}$ at $\sqrt{s}=13.6$ TeV.

Work on LAr calorimeter and photon performance is also presented: studies on data-quality monitoring of this calorimeter, digital-trigger validation and identification of defects related to its electronics, noisy-cell assessment, and photon-identification efficiency with fast simulation.

The search presented in this thesis targets a heavy scalar resonance $X$ decaying into a lighter scalar state $S$ and the SM Higgs boson $H$, with $S\to b\bar{b}$ and $H\to\gamma\gamma$. A parametrised neural network is used to separate signal from background over the mass ranges $170\leq m_X\leq1000$ GeV and $15\leq m_S\leq500$ GeV. No significant deviation from SM predictions is observed. The largest local significance is 2 $\sigma$ at $(m_X,m_S)=(235,60)$ GeV, with a global significance below 0.5 $\sigma$. Observed 95\% CL upper limits on $\sigma(pp\to X\to SH\to b\bar{b}\gamma\gamma)$ range from 9.0 fb to 0.06 fb, while the expected limits range from 11.4 fb to 0.09 fb.

Since this search is performed in a quasi-model-independent way using the narrow-width approximation (NWA), it is important to assess the validity of this assumption before interpreting the results in specific models. The interpretation is therefore extended beyond the NWA using TRSM benchmark scenarios. Finite-width effects, non-resonant $SH$ production, and interference between non-resonant and resonant production are studied at parton and reconstructed levels, and their impact on the analysis sensitivity is evaluated using different models. A compatibility criterion is derived to determine the maximum width for which signal hypotheses remain experimentally compatible with the narrow-width signal model. These results provide guidance for interpreting the cross-section limits obtained with narrow-width signal models in broader theoretical scenarios that may predict finite-width resonances.

 
 

Lien Zoom :
ID de réunion: 
Code secret: