Published July 30, 2015 | Version v1
Miscellaneous Restricted

Search for Dark Matter and Supersymmetry in the single photon events with the ATLAS detector

Description

This thesis presents the search for new physics in the final state containing a single photon and missing transverse momentum. The analysis is performed on 20.3 fb-1 of proton-proton collisions data at a center-of-mass energy of 8 TeV collected by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Given the good agreement of the data with the Standard Model prediction of such events, an upper limit on the visible cross section produced by new physics is derived. The observed limit at 95% confidence level is 3.64 fb. In this thesis, the results are also interpreted as limits in the parameter space of two new physics models. The first model is an effective field theory, inspired by Fermi-LAT results, in which dark matter particles couple to photons via a contact interaction vertex. Limits are set on the effective mass scale and depend on the postulated coupling constants. The limits set in this dark matter model provide an effective constraint in the parameter space of the theory compatible with the Fermi-LAT results. The second one is a simplified supersymmetric model describing the first and second generation squark pair production with their subsequent decay into a quark and a neutralino. The photon is emitted as initial or final state radiation and the spectrum is compressed, i.e. the mass difference between the squark and the neutralino is assumed to be small. Limits are set on the production cross- section; squark masses are excluded up to 250 GeV in the very compressed region. As the photon can be radiated from the intermediate squark, this final state would eventually provide the possibility to probe the charge of the squark. A preliminary study has also been carried out to show the search sensitivity with 13 TeV data, which indicate that the limits presented in this thesis can already be improved by 10% with an integrated luminosity of 5fb-1. (author)

Abstract (French)

Cette these presente une recherche de nouvelle physique avec un etat final contenant un seul photon et de l'energie transverse manquante. L'analyse des donnees collectees par le detecteur ATLAS au LHC, issues de collisions proton-proton dont l'energie dans le centre de masse est de 8 TeV, est faite avec 20.3 fb-1 de donnees. Cette analyse est sensible a la presence de matiere noire et/ou a la presence de particules supersymetriques. L'accord entre les donnees mesurees et les predictions du modele standard permet d'etablir une limite sur la section efficace de production mesurable. Cette limite est observee a la valeur de 3.64 fb a 95% de niveau de confiance. Dans cette these, la limite experimentale obtenue est egalement interpretee comme une limite dans l'espace des parametres de deux nouveaux modeles. Le premier est base sur une theorie des champs effective qui s'inspire des resultats du satellite Fermi-LAT. Dans ce modele, les particules de matiere sombre se couplent aux photons par une interaction de contact. Les limites sur l'echelle de masse effective sont etablies et dependent d'un postulat sur les constantes de couplage. Elles contraignent l'espace des parametres qui est compatible avec les resultats de Fermi-LAT. Le second est un modele supersymetrique simplifie decrivant la production de paires de squarks de premiere et de deuxieme generations se desintegrant en un quark et un neutralino. Dans ce cas, le photon est emis soit dans l'etat initial soit dans l'etat final. De plus, le spectre en masse est compresse, c'est-a-dire que la difference de masse entre les squarks et les neutralinos est supposee petite. Les limites sont etablies sur la section efficace de production. Ces limites montrent une exclusion sur la masse des squarks jusqu'a 250 GeV dans la region la plus compressee de l'espace des parametres. Le photon pouvant etre emis par le squark intermediaire, cet etat final pourrait permettre de determiner la charge du squark. Enfin, une etude preliminaire prospective a l'energie de collision de 13 TeV a egalement ete menee. Elle montre qu'avec une luminosite integree de 5 fb-1 de donnees seulement, les limites peuvent etre ameliorees de 10%. (auteur)

Files

Restricted

The record is publicly accessible, but files are restricted to users with access.

Additional details

Additional titles

Original title (English)
Recherche de matiere noire et de la supersymetrie dans des evenements avec un photon dans le detecteur ATLAS

Publishing Information

Imprint Pagination
213 p.
Report number
FRNC-TH--11581

Optional Information

Notes
180 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses