The photon reconstruction and identification in the CMS detector. Higgs boson search in the two photons decay channel with the CMS experiment at LHC
Description
The Standard Model of particle physics successfully explains the majority of experimental high energy physics data. The masses of the W and Z, the vector bosons of the electroweak theory, are explained with a spontaneous breaking of the gauge symmetry. This symmetry breaking is performed, using the Higgs mechanism, by introducing a new scalar field, whose quantum, the Higgs boson, is intensively searched at LHC. Theoretical considerations suggest that the mass of the Higgs boson should be lower than 1 TeV/c2 and the fit of precision electroweak measurements constrains the Higgs boson mass to be less than 158 GeV/c2. Direct searches at LEP have excluded the Higgs boson with masses lower than 114.4 GeV/c2, and direct searches at the Tevatron have led to an exclusion of masses between 147 and 180 GeV/c2. The fit of precision electroweak measurements constrains the Higgs boson mass to be less than 158 GeV/c2 (all these limits are at the 95% confidence level). The photon reconstruction in CMS is detailed in this thesis and its understanding with the first LHC data will be shown. Because of the narrow Higgs resonance, a particular attention as to be put on the photon energy resolution. Neutral pions decaying in two photons are the main background to the prompt photons: the possibility of using a neural network based on shower shape in ECAL is studied. These neutral mesons are also one important background to the photons from Higgs boson decay. The improvement of the photon identification, thanks to a cut on the neural network output, is evaluated: the result in term of limits for the first 1.6 fb-1 of 2011 data is presented. (author)
Abstract (French)
Le Modele Standard de la physique des particules explique avec succes les donnees experimentales. L'origine de la masse des bosons W et Z est expliquee a l'aide du mecanisme de Higgs qui permet de briser la symetrie de jauge de l'interaction electro-faible. Cependant ce mecanisme predit l'existence d'une particule, appelee le boson de Higgs, qui n'a pas ete observee pour l'instant. Cette particule est recherchee au LHC en particulier dans les experiences ATLAS et CMS. Les premiers resultats utilisant les donnees du LHC permettent d'exclure, avec un niveau de confiance de 95%, un boson de Higgs qui aurait la section efficace du Modele Standard entre 128 et 600 GeV/c2 et les resultats plus anciens du LEP ont exclu un boson de Higgs plus leger que 114.4 GeV/c2. Dans l'intervalle de masse restant, le canal de desintegration du Higgs en deux photons est le canal ideal pour la recherche du boson de Higgs car, malgre son faible rapport d'embranchement (environ quelques pour mille) et grace a son etat final clair, il permet d'obtenir une resonance de faible largeur dans le spectre de masse invariante des evenements diphotons. La maniere dont un photon est reconstruit dans CMS sera d'abord decrite et la comprehension de cette reconstruction avec les premieres donnees du LHC presentee. Du fait de la faible largeur de la resonance du boson de Higgs a basse masse, un grand interet doit etre porte a la resolution sur l'energie des photons. C'est pourquoi, nous etudierons les corrections apportees a cette energie. Ensuite, comme les pions neutres qui se desintegrent en deux photons sont le principal bruit de fond aux photons dans les donnees, nous verrons comment utiliser la forme du depot d'energie dans le calorimetre electromagnetique de CMS a l'aide d'un reseau de neurones artificiels pour discriminer ces pions neutres des vrais photons. La chromodynamique quantique est la source d'un large nombre d'evenements diphotons qui forment la majorite du bruit de fond a la desintegration du boson de Higgs. La mesure de la section efficace de ces processus et de leur cinematique aide aussi a la comprehension du Modele Standard. La possibilite d'utiliser le pouvoir discriminant du reseau de neurones pour mesurer le nombre d'evenements diphotons dans les donnees, a ete etudiee. Les mesons neutres sont aussi un bruit de fond pour les photons issus de la desintegration du boson de Higgs. L'amelioration de l'identification a l'aide d'une coupure sur la variable de sortie du reseau de neurones a donc ete evaluee: la consequence de cette amelioration en termes de limite sera presentee sur le premier 1.6 fb-1 des donnees de 2011 enregistrees par l'experience CMS. (auteur)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- La reconstruction et l'identification des photons dans l'experience CMS au LHC. Applications a la recherche de bosons de Higgs dans le canal H → γγ
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 210 p.
- Report number
- FRNC-TH--11344
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 52006918
- Subject category
- S72: PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- CERN LHC; CMS DETECTOR; DATA ANALYSIS; ELECTROMAGNETIC PARTICLE DECAY; GAMMA DETECTION; HIGGS BOSONS; PARTICLE IDENTIFICATION; PIONS NEUTRAL; RADIATIVE DECAY
- Descriptors DEC
- ACCELERATORS; BOSONS; CYCLIC ACCELERATORS; DATA PROCESSING; DECAY; DETECTION; ELEMENTARY PARTICLES; HADRONS; MEASURING INSTRUMENTS; MESONS; PARTICLE DECAY; PIONS; PROCESSING; PSEUDOSCALAR MESONS; RADIATION DETECTION; RADIATION DETECTORS; STORAGE RINGS; SYNCHROTRONS
Optional Information
- Notes
- 53 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses
- Secondary number(s)
- LYCEN-T--2012-14