PROPOSITION DE STAGE PRINTEMPS 2010 MASTER 2 (Stage de

PROPOSITION DE STAGE PRINTEMPS 2010 MASTER 2 (Stage de pré-thèse)
STAGE DE THESE
Groupe du laboratoire : ATLAS
Responsable du stage : Marumi Kado
Adresse et lieu du stage : LAL-Orsay
 : 01 64 46 82 76
 : 01 64 46 83 97
e-mail : [email protected]
Titre de la thèse :
Recherche du boson de Higgs dans les collisions pp auprès du LHC avec le détecteur
ATLAS dans l’état final à deux photons.
Précisions sur le sujet proposé :
Le modèle standard a connu un succès théorique et expérimental éclatant. Cependant il
nécessite un mécanisme pour permettre aux particules d’avoir une masse. Le mécanisme de
Higgs remplit cette fonction élégamment. Il est en partie corroboré du fait qu’il prédit la
relation existant entre le rapport des masses des bosons de jauge et de leurs couplages. En
revanche sa prédiction la plus frappante, la présence d’une particule scalaire le boson de
Higgs, n’a pas été observée. Paradoxalement son existence compléterait le modèle standard et
lui poserait assez de problèmes théoriques pour invoquer une théorie au-delà du modèle
standard. Son importance est telle que la rechercher est un des sujets principaux du grand
collisionneur à hadrons, le LHC.
La masse du boson de Higgs est un paramètre essentiellement libre de la théorie, il n’est
contraint que par des arguments de stabilité du vide et d’unitarité. Néanmoins une prédiction
de sa masse, par son influence par effets quantiques sur les observables du modele standard, a
été faite. D’apres ces mesures si le boson de Higgs existe, sa masse est vraisemblablement
inférieure à environs160 GeV/c2 et sa masse la plus probable est proche de la limite actuelle
de 114 GeV/c2. C’est autour de cette masse que le canal de désintégration du boson de Higgs
en deux photons est le plus important.
Le LHC a commencé novembre 2009 sa période de prise de données avec de toutes premières
collisions pp de 900 GeV à 2.4 TeV. Le LHC devrait produire des collisions de hadrons
jusqu’à 14 TeV à haute luminosité. Le programme des prochaines années (très prospectif) est
le suivant :
LABORATOIRE DE L'ACCÉLÉRATEUR LINÉAIRE
IN2P3-CNRS et Université PARIS-SUD
Centre Scientifique d'Orsay - Bât 200 - B.P. 34
91898 ORSAY Cedex (France)
Tél. : [phone]
Fax : [phone]
Web : http://www.lal.in2p3.fr
Directeur du laboratoire : Guy Wormser

- 2010 : Environs 200 pb-1 de 7 à 10 TeV.
- 2011 : Shutdown et reprise avec ~2 fb-1 de 10 à 13 TeV.
- 2012 : Luminosité de 3-5 fb-1 de 10 à 13 TeV.
- 2013 : Nouveau shudown et quelques fb-1 à 13 TeV.
La thèse aura donc lieu durant une période privilégiée de l’existence d’une expérience. Cette
période de confrontation aux premiers écueils expérimentaux et de production des premiers
résultats de physique est extrêmement intéressante et formatrice. La quantité de données qui
devrait être accumulée durant la thèse devrait suffire à une exclusion et probablement aux
premiers signes d’observation.
Le laboratoire a été un des acteurs principaux dans la conception et la production du
calorimètre électromagnétique d’ATLAS. Ce détecteur a en particulier été conçu pour
répondre aux besoins de la recherche du boson de Higgs en paire de photons. Ce canal revêt
donc pour le groupe et la collaboration une importance particulière.
Sujet de stage :
Il s’agit durant le stage de se familiariser avec les outils d’analyse de l’expérience, en
particulier avec ceux concernant les photons. Une première étude de variables d’identification
des photons sera faite avec une comparaison entre données et simulation. On attachera une
importance particulière à celles sensibles à la fragmentation des partons en 0 afin de tester
une différence importante observée entre deux des principaux programmes de simulation.
Sujet de thèse :
Une très grande attention devra porter sur l’analyse et sa robustesse. Ce travail se déroulera
dans une intense compétition avec la collaboration concurrente CMS et les analyses
concurrentes au sein même d’ATLAS. Le travail comportera principalement quatre volets.
Dans un premier temps une étude approfondie de l’identification des photons, avec en
particulier une optimisation visant spécifiquement une réjection optimale du bruit de fond de
jets et de 0 sera nécessaire. Le second comportera une étude complète de la calibration
détaillée en énergie des photons. Dans le troisième l’accent sera mis sur l’estimation des fonds
de ce canal, avec en particulier la mesure des sections efficaces inclusives di-photons et une
étude des variables cinématiques de ces événements. Enfin dans le quatrième l’analyse des
données donnera lieu à une recherche du boson de Higgs avec une étude approfondie de sa
production, d’abord dans une logique d’exclusion et ensuite dans celle d’une observation.
Le travail se déroulera principalement au sein du groupe ATLAS du laboratoire de
l’accélérateur linéaire d’Orsay (LAL). Ce groupe comprend actuellement vingt-cinq
physiciens permanents, un postdoc et dix doctorants. Il a des activités dans plusieurs
domaines de physique dont le plus important est la recherche du boson de Higgs, dans la
validation du calorimètre electromagnetique et dans le software de l’expérience.
Le travail de thèse s’effectuera également au sein du groupe de travail sur la recherche du
boson de Higgs au CERN à Genève. Ceci implique que le candidat devra effectuer de
nombreuses missions au CERN.
Période proposée et durée minimale du stage :
Durée et période du stage de pré thèse prévue par la spécialité de M2
Nombre d’étudiants souhaités : 1