ThesesLPSC

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Thèses proposées par le LPSC
pour débuter en 2009
• Arnaud Lucotte : Mesure des sections efficaces
de production de quarks top et recherche de
bosons de Higgs chargés
• Julien Donini : Mesure de la section efficace de
production de single-top dans la voie t avec les
premières données
• Fabienne Ledroit : Recherche de nouveaux bosons
de jauge
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Production de top
En paires
Arnaud
Canal leptonique
Wt
Julien
Canal semileptonique
s-channel
t-channel
En cours
Canal semileptonique
σNLO = 11 pb
σNLO = 246 pb
σNLO = 66 pb
Carole Weydert, 2011
Single
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Z’, W’
Z’
e+
W’
Fabienne
Canal electronique
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Candidats / Financement
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• ttbar+Wt (Arnaud) : candidat=oui,
pas de financement spécial
• single top (Julien) : candidat=oui,
financement=bourse France-Chine (à confirmer)
• Z’/W’ (Fabienne) : candidat=oui,
pas de financement spécial
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Résumé thèse ttbar+Wt
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L'experience ATLAS est une des quatre experiences situees sur le collisionneur proton-proton de 27 km de
circonference du CERN. Cette experience a pour principal objectif l'etude du mecanisme de generation des masses des
particules, encore inconnu a ce jour. Le LHC est vraisemblablement le premier endroit qui apportera une reponse a
cette question. En effet, les collisions se produiront a une energie de 14 TeV dans le centre de masse de la collision
proton-proton, ce qui devrait permettre l'apparition de particules trop lourdes pour avoir ete vues directement dans
les autres experiences de hautes energies; de plus les collisions auront lieu a haute luminosite, ce qui permettra
l'observation de processus rares. Plusieurs modeles de generation des masses sont disponibles. Le modele standard des
interactions electro-faibles prevoit l'existence d'un boson de Higgs, neutre et (relativement) leger; dans son extension
non minimale la plus repandue, ce sont en revanche 5 bosons de Higgs qui sont predits, dont deux electriquement
charges. L'interet de ce modele etant qu'il permet une premiere approche de la modelisation supersymetrique minimale.
Dans ce cadre, l'objet de ce stage consistera a etudier la sensibilite d'ATLAS a un Higgs charge. Notons qu'une telle
decouverte serait un signe indeniable d'une physique au-dela du Modele Standard dans sa version minimale.
Il existe plusieurs facons de rechercher le Higgs charge selon sa masse. Si le boson de Higgs est plus leger que le
quark top, particule connue la plus lourde du Modele Standard, on recherchera le Higgs dans les desintegrations des
paires top-antitop produites dans les collisions proton-proton: plus de 8 millions de paires etant produites par an pour la
luminosite nominale, cette recherche peut s'averer rapidement interessante. Dans le cas d'un boson de Higgs plus lourd
que le quark top, alors celui-ci aura tendance a se desintegrer en quark top associe a un quark b, et nous le
rechercherons directement dans les collisions produisant un seul quark top. Ces deux analyses, l'une axee sur la mesure
precise de la section efficace de production de paires de quarks top, l'autre sur la determination de la section efficace
de production simple de quark top, sont complementaires et offre une sensibilite pour une large gamme de masse du
boson de Higgs charge.
L'analyse implique une bonne connaissance des processus de production des quarks top et de leur selection. De plus, elle
repose sur une bonne comprehension des detecteurs, notamment ceux utilises dans la mesure de l'energie et directions
des jets de particules ainsi que ceux devolus a la detection de leptons energetiques. Le candidat sera donc amene a se
familiariser avec l'usage de generateurs de processus physiques, ainsi qu'avec le fonctionnement et la simulation des
sous-detecteurs d'ATLAS.
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Résumé thèse single top (voie t)
Au LHC la production electrofaible du quark top (single-top) se fera a un taux
correspondant a environ un tier de la production de paires top-antitop. Le single top est
un mecanisme interessant car tres sensible au couplage Vtb et donc a d'eventuels
processus de nouvelle physique (quarks ou bosons de gauge supplementaires, boson de
Higgs charge, etc).
Avec une section efficace theorique de production de 250 pb, la voie t (fusion W-gluon)
est la plus prometteuse et une mesure precise de la section efficace semble faisable avec
quelques fb-1 de donnees collectees. L'etude de la voie t permet en particulier la mesure
du couplage Vtb et d'effectuer des etudes de polarisation du top.
La these proposee a pour but la mesure de section efficace du single top dans la voie t
dans le canal lepton+jets [*] avec les premieres donnees analysables d'ATLAS. Ce travail
comporte en particulier la mise en place d'une methodologie permettant d'estimer les
principaux fonds (ttbar et W+jets) a partir des donnees elle memes, d'etablir des
selections (simples dans un premier temps, puis en utilisant des methodes multivariees
plus rafinees) pour discriminer le signal du fond et finalement effectuer une mesure de
section efficace.
[*] typiquement processus qg->q'bt avec t->Wb et W->lnu
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Résumé thèse Z’, W’
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Le laboratoire LPSC de Grenoble est engagé dans l’expérience ATLAS, l’un des quatre détecteurs installés sur le plus
grand collisionneur de particules du monde, le LHC (Large Hadron Collider) du CERN, à Genève. La puissance inégalée de
cet outil, qui est entré en service en 2008 et qui délivrera des collisions en 2009, doit permettre d’approfondir notre
connaissance du Modèle Standard de la physique des particules et de découvrir de nouvelles particules ou interactions.
En effet, le Modèle Standard, malgré ses immenses succès, n'est certainement pas la théorie ultime. De nombreux
modèles allant au-delà ont donc été proposés, mais jusqu'à présent, jamais vérifiés.
Une partie du groupe ATLAS du LPSC se consacre à l’étude du potentiel de découverte de particules appelées Z’ et W'
qui sont soit des bosons de jauge supplémentaires, soit le premier état de Kaluza-Klein des bosons Z et W dans les
modèles de dimensions supplémentaires, qui comportent un nombre de dimensions d'espace-temps supérieur à quatre.
Comme ils n'ont pas encore été observés, ni directement ni via les effets qu'ils pourraient induire à basse énergie, ces
Z' et W' seraient forcément très lourds (d'une masse de l'ordre de quelques TeV). Les produits de leur désintégration
auraient donc une très grande impulsion transverse, ce qui confère à ces particules « exotiques » une excellente
visibilité.
Le canal qui a été choisi comme canal privilégié par le groupe pour analyser les premières données au démarrage de
l'expérience est la désintégration Z'->e+e- ou W'->e nu.
En effet, la résolution attendue sur l'énergie des électrons (mesurée dans le calorimètre à Argon liquide à la
construction duquel le LPSC a contribué) est de l'ordre de 0.7%, ce qui permet d'espérer une résolution sur la masse
invariante des deux électrons au moins de l'ordre de la largeur naturelle de la plupart des Z'.
L'étudiant devra mettre au point les programmes d'analyse destinés à mettre en évidence de telles particules dans les
données enregistrées par l’expérience. Cela passera par l’étude de l’identification des électrons, des performances du
système de déclenchement (trigger) pour ce type d’événements, des bruits de fond éventuels. Il faudra également
étudier la possibilité de s’affranchir de la simulation Monte Carlo pour l’évaluation des efficacités et des bruits de
fond. Le travail s’effectue sur des PC Linux, la programmation est en C++ et les outils principaux sont le logiciel ROOT
développé au CERN et la grille de calcul.
L'étudiant pourra également contribuer à l'amélioration des générateurs d'événements qui permettent de simuler des
événements Z' ou W'.
Pendant la thèse, l'étudiant devra en outre participer au bon fonctionnement du calorimètre, en collaboration avec les
membres du groupe qui y sont impliqués.
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