Published September 3, 2021 | Version v1
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Search for an additional low mass Higgs boson in the diphoton channel within the CMS experiment in the LHC and interpretations

Description

This thesis presents the search for a new particle within the CMS experiment in the LHC (CERN). The search analysis for an additional low mass (lower than 125 GeV) Higgs boson decaying into two photons is shown with some phenomenological interpretations. The very existence of this new Higgs boson is, indeed, motivated by a lot of beyond the Standard Model theories, some of which contain low mass Higgs bosons and are presented here. The CMS detector is described so that one can understand the physical aspects of the search analysis. It is also essential that the way photons are reconstructed and identified, within the CMS detector, is studied because of the diphoton decay channel that is considered in this thesis. Especially, the reconstructed photon energy needs to be corrected to account for energy leakage within the CMS electromagnetic calorimeter and a dedicated method, that enables the validation of such corrections on photons, is presented here. With this in mind, the search analysis methods, widely using multivariate variable tools, which goal is to find a new low mass Higgs boson are shown together with the derived results using 2017 and 2018 data years. Following this step, some elements and discussions for analysis improvements, especially concerning the modeling of the Drell-Yan background, will be studied. Finally, constraints on some theoretical models are derived and the possibility of discovering other Higgs bosons at the LHC and in future colliders is discussed thanks to phenomenological works. (author)

Abstract (French)

Ce manuscrit presente la recherche d'une nouvelle particule au sein du detecteur CMS au LHC (CERN). On y detaille notamment l'analyse permettant la recherche d'un boson de Higgs additionnel de masse inferieure a 125 GeV qui se desintegrerait en deux photons ainsi que des interpretations phenomenologiques presentant de telles particules. L'existence d'un nouveau boson de Higgs est, en effet, motivee par de nombreuses theories allant au-dela du Modele Standard de la physique des particules, dont quelques unes sont presentees ici. Le detecteur CMS est aussi decrit afin de comprendre en profondeur la physique presentee dans l'analyse. Le canal de desintegration etudie etant le canal diphoton, il est important d'etudier en details la facon dont les photons sont reconstruits et identifies au sein du detecteur CMS. Les corrections apportees a l'energie des photons sont notamment cruciales pour les analyses travaillant sur des bosons de Higgs. On explicite ici, a cet effet, une methode de validation de l'echelle d'energie des photons sur des echantillons de photons. On est alors en mesure de presenter les methodes d'analyse de donnees, utilisant notamment des methodes d'apprentissage automatise, pour la recherche d'un nouveau boson de Higgs de basse masse et les resultats obtenus pour les prises de donnees des annees 2017 et 2018. Dans cette continuite, differentes pistes d'amelioration a mettre en place, notamment en ce qui concerne la modelisation de la composante Drell-Yan du bruit de fond de l'analyse, seront aussi abordees. Finalement, des interpretations phenomenologiques seront presentees dans l'objectif de poser des contraintes sur des modeles theoriques specifiques et de statuer sur la possibilite de decouvrir d'autres bosons de Higgs additionnels au LHC et dans les collisionneurs de particules a venir. (auteur)

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Original title (French)
Recherche d'un boson de Higgs additionnel leger se desintegrant en deux photons au sein de l'experience CMS au LHC et interpretations

Publishing Information

Imprint Pagination
309 p.
Report number
FRNC-TH--13160

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Notes
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