Published December 3, 2020 | Version v1
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Search for New Resonances in the Diphoton Final State with the ATLAS Detector

Description

This thesis presents the search for new resonances in the diphoton final state with proton-proton collision data collected by the ATLAS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of √(s) = 13 TeV. Search for a low-mass spin-0 resonance in the diphoton invariant mass range from 65 to 110 GeV is performed using 80 fb-1 data collected in 2015, 2016 and 2017. Selected events are split into three categories depending on the conversion state of the two photons, in order to increase the sensitivity of the search. In the high-mass region above 160 GeV, two kinds of signal are searched for using 139 fb-1 data collected in 2015-2018: a spin-0 model-independent resonant state, and a spin-2 graviton excitation state predicted by the Randall-Sundrum model with one warped extra dimension. Analysis selections are optimized and harmonized for both spin-0 and spin-2 searches. Functional decomposition method is applied for the first time in the background modeling procedure, in order to reduce the corresponding systematic uncertainty. For both low-mass and high-mass searches, there is no significant excess observed with respect to the Standard Model expectation. Upper limits are set on the fiducial (total) production cross section times branching ratio as a function of the signal mass for the spin-0 (spin-2) resonances. In addition, a study on the photon-specific energy calibration systematic uncertainty from electromagnetic shower leakage mis-modeling is also presented. This uncertainty is quantified as the difference between the lateral energy leakage mis-modeling for photons and electrons using Z → ee events. Results obtained with diphoton events are also shown for the first time as a cross check in a larger kinetic region. (author)

Abstract (French)

Cette these presente la recherche de nouvelles resonances se desintegrant en deux photons, dans les donnees de collisions proton-proton collectees par le detecteur ATLAS au LHC, a une energie dans le centre de masse de √(s) = 13 TeV. La recherche d'une resonance de spin 0 dans une gamme de masse allant de 65 a 110 GeV est effectuee a l'aide de 80 fb-1 de donnees collectees en 2015, 2016 et 2017. Les evenements selectionnes sont divises en trois categories en fonction de l'etat de conversion des deux photons, afin d'augmenter la sensibilite de la recherche. Dans la region de masse au-dessus de 160 GeV, deux types de signaux sont recherches a l'aide de 139 fb-1 donnees collectees de 2015 a 2018: un etat resonnant de spin 0 sans se referer a un modele theorique spefcifique, et un etat d'excitation du graviton, de spin 2, predit par le modele Randall-Sundrum avec une dimension supplementaire deformee. La selection des evenements est optimisee et harmonisee entre les deux recherches. La methode de decomposition fonctionnelle est appliquee pour la premiere fois dans la procedure de modelisation du bruit de fond, afin de reduire l'incertitude systematique correspondante. Tant pour les recherches a basse masse qu'a haute masse, aucun exces significatif n'est observe par rapport aux predictions du modele standard. Des limites superieures sont etablies sur le produit de la section efficace de production fiducielle (totale) et du rapport d'embranchement, en fonction de la masse du signal, pour les resonances de spin-0 (spin-2). En outre, une etude de l'incertitude systematique sur l'etalonnage de l'energie des photons due a la mauvaise modelisation de la fraction d'energie de la gerbe electromagnetique perdue lateralement est egalement presentee. Cette incertitude est quantifiee comme la difference entre la perte d'energie pour les photons et les electrons en utilisant les evenements Z → ee. Les resultats obtenus avec les evenements diphotons sont egalement presentes pour la premiere fois comme controle dans une region cinematique plus grande. (auteur)

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Original title (English)
Recherche de nouvelles resonances dans l'etat final du Diphoton avec le detecteur ATLAS

Publishing Information

Imprint Pagination
203 p.
Report number
FRNC-TH--13174

Optional Information

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