Published September 12, 2014 | Version v1
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Single-top s channel cross-section measurement with the ATLAS detector

Description

The work reported in this thesis is aimed at measuring with the ATLAS detector the only mechanism of top quark electroweak production which has not yet been observed at the Large Hadron Collider: the s-channel. Its interest relies in the confirmation of the Standard Model predictions but, as well, in the possibility of constraining several new physics scenarios when comparing the s-channel cross section with the one of the other single top production modes (the Wt and t-channel). After a general introduction upon top physics and the experimental setup employed for the detection and the reconstruction of the physics objects, we present two analyses realized with proton-proton collisions collected by the ATLAS detector at a center of mass energy of 7 and 8 TeV. Since the s-channel production is characterized by a very low purity and, at the same time, is not favoured at the LHC because it proceeds via quark-antiquark annihilation, a multivariate approach is applied in both cases to discriminate the signal. For the 7 TeV study, based on an integrated luminosity of 4.7 fb-1, two boosted decision trees classifiers are optimized against the main sources of background; a cut realized on one of such discriminating variables implements a tight event selection, after which the second output distribution is used for a maximum likelihood fit to the data. This allows to set an upper limit on the s-channel cross section of 21.5 pb (14.3 pb expected), corresponding to a significance of 0.6 standard deviations (0.8 expected). The 8 TeV analysis, based on an integrated luminosity of 20.3 fb-1, has a simpler strategy: only one boosted decision trees classifier is trained to isolate signal after a preliminary cut-based selection; its output distribution is then fitted to the data with the same approach than at 7 TeV, taking into account the systematic and statistical uncertainty via the generation of pseudo-experiments. The significance of the s-channel measurement being lower than 3 σ (1.3 standard deviation observed, 1.4 expected), only a 95% C.L. limit can be set on the cross section; the result is however improved and corresponds to 14.6 pb (7.9 pb expected). (author)

Abstract (French)

Le travail presente dans cette these a pour sujet la mesure du seul mecanisme de production electrofaible de quark top qui n'ait pas encore ete observe au collisionneur hadronique du CERN (LHC): la voie-s. L'interet reside dans la confirmation des predictions du Modele Standard, mais le but est aussi de contraindre plusieurs scenarios de nouvelle physique a partir de la combinaison de la section efficace voie-s avec celle des autres canaux de production single top, la voie-t et Wt. Apres une introduction generale sur la physique du quark top et les dispositifs experimentaux visant a la detection et la reconstruction des objets physiques, on presente deux analyses realisees des donnees de collisions proton-proton enregistrees par le detecteur ATLAS a une energie dans le centre de masse de 7 et 8 TeV. Etant donne que la production de quark top en voie-s est caracterisee par une tres faible purete et que, en meme temps, elle est defavorisee au LHC puisque elle a lieu par annihilation quark-antiquark, une technique multi variee a ete appliquee dans les deux cas afin de discriminer le signal. Pour l'etude a 7 TeV, relatif a une luminosite integree de 4.7 fb-1, deux classificateurs bases sur des arbres de decision boostes sont entraines contre les evenements de bruits de fond principaux; une coupure appliquee sur un des discriminateurs met en oeuvre une selection des evenements, la distribution issue de l'autre discriminateur est ensuite employee dans un fit de maximum de vraisemblance. Cela permet de d'eriger une limite superieure sur la section efficace voie-s de 21.5 pb (14.3 pb attendu), correspondant a une portee de 0.6 deviations standard (0.8 attendu). L'analyse a 8 TeV, qui est basee sur une luminosite integree de 20.3 fb-1, repose sur une strategie plus simple: seulement un classificateur BDT est optimise pour isoler le signal, apres une prealable selection des evenements grace a de simples coupures. Sa distribution discriminante est ensuite ajustee aux donnees selon la meme approche qu'a 7 TeV, en considerant les incertitudes systematiques et statistiques pendant la generation de pseudo experiences. La portee de la mesure etant encore inferieure a trois deviations standard (1.5 σ observe et 1.4 attendu), seule une limite a 95% C.L. peut etre etablie sur la section efficace; le resultat correspond a 15.7 pb (7.9 pb attendu). (auteur)

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Original title (English)
Mesure de la section efficace de production electrofaible de quark top en voie s, avec le detecteur ATLAS

Publishing Information

Imprint Pagination
226 p.
Report number
FRNC-TH--12441

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Notes
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