Search for the Higgs boson decaying to four leptons in the ATLAS detector at LHC and studies of muon isolation and energy loss
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The central subject of this thesis is the evaluation of the discovery potential of the Higgs boson through its decay into four leptons (electrons and muons) in the ATLAS experiment installed at the Large Hadron Collider (LHC). The LHC was designed to accelerate proton beams at a center of mass energy of 14~TeV and started its physics program with 7~TeV collisions in the beginning of 2010. An inclusive analysis involving all tle production modes and an exclusive one aiming at production through vector boson fusion (VBF), studied for the first time in the collaboration are presented. Both are capable of discovering the Higgs boson after a few years of LHC operation, with integrated luminosities of 30~fb[dollar]^{-1}[dollar]. The first one covers most part of a Higgs mass window from 130 to 500~GeV. The second one concentrates on masses around 180~GeV and above, exploiting ftle presence of high energy jets with large separations in pseudo-rapidity to increase the signal over background ratio. An important part of the document is devoted to the reconstruction of muon isolation and energy loss in the ATLAS calorimeters. A software package that optimized the way of treating the energy deposits was developed and tested on simulated data and cosmic-ray events, leading ta improvements in the muon momentum resolution and the distinction between muons from heavy quark and vector boson decays. As a consequence of the last result one of the dominant backgrounds to the [dollar]H \to 4\mu[dollar] channel, [dollar]Z\bbar[dollar], is expected to be reduced by almost a factor of two.
Abstract FR:
Cette thèse porte sur l'évaluation du potentiel de découverte du boson de Higgs par sa désintégration en quatre leptons (électrons et muons) dans l'expérience ATLAS auprès du LHC. Le LHC a été construit pour accélérer des faisceaux de protons à une énergie dans le centre de masse de 14~TeV. Son programme de physique a commencé avec des collisions à 7~TeV au début de l'année 2010. Deux analyses sont présentées : une analyse inclusive visant tous les modes de production du boson Higgs et une analyse exclusive spécifique à la production par fusion de bosons vecteurs (VBF), étudiée pour la première fois dans la collaboration. Toutes deux permettent la découverte du boson de Higgs après quelques années de fonctionnement du LHC, avec une luminosité intégrée de 30~fb[dollar]^{-1}[dollar]. La première couvre la plus grande partie d'une fenêtre en masse du Higgs allant de 130 à 500~GeV. La deuxième est focalisée sur des masses de 180~GeV ou plus et utilise la présence de jets de grande éllergie et relativement séparés en pseudo-rapidité pour augmenter le rapport signal sur bruit. Une partie importante de ce document est consacrée à la reconstruction de l'isolation et de la perte d'énergie des muons dans les calorimètres d'ATLAS. Un outil pour l'identification des dépôts d'énergie a été développé et testé avec des données simulées et des muons cosmiques. Ceci a conduit à une amélioration de la résolution en impulsion des muons et de la séparation entre muons provenant de la désintégration des quarks lourds et des bosons vecteurs. Le dernier résultat devrait aboutir à une réduction proche d'un facteur deux du bruit de fond [dollar]Z\bbar[dollar], l'un des fonds dominants pour le canal [dollar]H \to 4\mu[dollar].