Search for the Higgs boson decaying to two photons and produced in association with a pair of top quarks in the CMS experiment
Description
In this thesis, the measurement of the Higgs boson properties in the di-photon decay channel with the CMS experiment at the Large Hadron Collider (LHC) is presented. The focus of this work is the tt-bar H production mode, as it is the only direct access to the top quark Yukawa coupling, a fundamental parameter of the Standard Model. tt-bar H is a very rare process, two orders of magnitude smaller than the dominant Higgs boson production by gluon fusion. At 13 TeV, tt-bar H production is about 4 times larger than at 8 TeV. This thesis takes over the studies performed at 8 TeV, where the statistics was not enough for an observation of tt-bar H. Despite a very small branching ratio (only about 0.2%), the two photons decay channel of the Higgs boson is very promising, because of its excellent mass resolution (about 1%). Moreover, its signature in the detector is very clear. The di-photon decay channel is also of particular interest as it is the only channel allowing the study of all production modes: gluon fusion, vector boson fusion, associated productions with a W or a Z bosons, or with a top quark pair.The document starts with a theoretical introduction about the Standard Model and Higgs boson physics at LHC, followed by a description of the CMS detector. To achieve an excellent mass resolution in the H → γγ channel, the electromagnetic calorimeter has to be calibrated. The laser monitoring system plays an important role in the calibration chain and it is described in details. On the long term, the laser monitoring system will have to be upgraded as level of radiation influences its electronics. I present my work on the possible upgrade of the laser monitoring system, along with the study of its possible precision. H → γγ inclusive analysis had several iterations for conferences in 2016 and 2017. The strategy for 2017 is described in this document. An event classification is used to maximize the signal significance and to study specific Higgs boson production modes. My contributions to the H → γγ analysis are primary vertex identification, photon identification and the study of the tt-bar H production mode. Each contribution is described in details in dedicated chapters. The tt-bar H, H → γγ analysis is shown for two iterations in 2016 and 2017, with the emphasis on improvements in 2017 analysis. Finally, the results of the inclusive and tt-bar H, H → γγ analysis, using the full 2016 dataset corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb-1, are shown. (author)
Abstract (French)
Dans cette these, la mesure des proprietes du boson de Higgs dans le canal de desintegration en deux photons avec l'experience CMS au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) est presentee. L'objectif de ce travail est l'etude du mode de production associe a une paire de quark top (tt-barH). Ce mode represente le seul acces direct au couplage de Yukawa du quark top, un parametre fondamental du Modele Standard. Le mode de production tt-barH est un processus tres rare. Il est de l'ordre de deux ordres de grandeur plus petits que la production principale du boson de Higgs par fusion de gluons. A 13 TeV, le mode de production tt-barH est environ 4 fois plus grand qu'a 8 TeV. Cette these reprend les etudes realisees a 8 TeV, ou l'echantillon de donnees ne suffisait pas pour etablir une observation de ce mode de production. Bien que le canal en deux photons ne soit pas celui qui presente le plus grand rapport de branchement (seulement 0,2%), il est tres prometteur en raison de son excellente resolution en masse (1%). De plus, sa signature est tres propre dans le detecteur. Le canal de desintegration en deux photons est particulierement interessant puisqu'il s'agit du seul canal permettant l'etude de tous les modes de production: la fusion de gluons, la fusion de bosons vecteurs, les productions associees avec des bosons W ou Z ou avec une paire de quarks top. Le document commence par une introduction theorique du Modele Standard et la physique du boson de Higgs au LHC, suivie d'une description du detecteur CMS. Pour obtenir une excellente resolution de masse dans le canal de desintegration en deux photons, le calorimetre electromagnetique doit etre calibre. Le systeme de monitorage de la transparence des cristaux du calorimetre electromagnetique de CMS par le systeme laser joue un role important dans la chaine d'etalonnage et est decrit en detail. Sur le long terme, le systeme de monitorage laser devra etre ameliore car le niveau de rayonnement influence son electronique. Je presente mon travail sur l'amelioration possible du systeme de monitorage laser, ainsi que l'etude de sa precision possible. L'analyse inclusive H → γγ a eu plusieurs iterations pour les conferences en 2016 et 2017. La strategie pour 2017 est decrite dans ce document. Une classification des evenement sert a maximiser la significance du signal et a etudier les modes specifiques de production du boson de Higgs. Mes contributions a l'analyse H → γγ consistent en l'identification du vertex primaire, l'identification du photon et l'etude du mode de production tt-barH. Chaque contribution est decrite en detail dans des chapitres dedies. L'analyse tt-barH, H → γγ est presentee pour deux iterations en 2016 et 2017, en mettant l'accent sur les ameliorations dans l'analyse de 2017. Enfin, les resultats de l'analyse inclusive et tt-barH, H → γγ, en utilisant l'ensemble complet de donnees 2016 correspondant a une luminosite integree de 35,9 fb-1, sont presentes. (l'auteur)
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Additional details
Additional titles
- Original title (English)
- Recherche du boson de Higgs se desintegrant en deux photons et produit en association avec une paire de quarks top dans l'experience CMS au LHC
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 295 p.
- Report number
- FRCEA-TH--10032
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 50020452
- Subject category
- S72: PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- CERN LHC; DECAY; HIGGS BOSONS; MASS RESOLUTION; STANDARD MODEL; T QUARKS; WEAK INTERACTIONS
- Descriptors DEC
- ACCELERATORS; BOSONS; CYCLIC ACCELERATORS; ELEMENTARY PARTICLES; FERMIONS; FIELD THEORIES; FUNDAMENTAL INTERACTIONS; GRAND UNIFIED THEORY; INTERACTIONS; MATHEMATICAL MODELS; PARTICLE MODELS; POSTULATED PARTICLES; QUANTUM FIELD THEORY; QUARKS; RESOLUTION; STORAGE RINGS; SYNCHROTRONS; TOP PARTICLES; UNIFIED GAUGE MODELS
Optional Information
- Notes
- 198 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Also available from le service commun de la documentation de l'universite Paris-Sud, Bat 407 - 91405 Orsay Cedex (France)