Published September 26, 2016 | Version v1
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Higgs boson production in the di-photon decay channel with CMS at the LHC: first measurement of the inclusive cross section in 13 TeV pp collisions, and study of the Higgs coupling to electroweak vector bosons

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Description

In this document two analyses of the properties of the Higgs boson in the di-photon decay channel with the CMS experiment at the LHC (Large Hadron Collider) are presented.The document starts with a theoretical introduction of the Standard Model and the Higgs boson physics, followed by a detailed description of the CMS detector.Then, photon reconstruction and identification algorithms are presented, with a particular focus on the differences between the first and the second run of the LHC, the first run (Run1) took place from 2010 to 2012 with a centre-of-mass energy of 7 and then 8 TeV, while the second run (Run2) started in 2015 with a centre-of-mass energy of 13 TeV. Performances of Run1 and Run2 reconstructions from the photon identification point of view are compared. Then the photon identification algorithm for the H→γγ analysis optimised for Run2 is presented. To do that a multivariate analysis method is used. Performances of the photon identification at 13 TeV are finally studied and a data-simulation validation is performed. Afterwards, the H→γγ analysis using the first Run2 data is presented. The analysis is performed with a dataset corresponding to an integrated luminosity of 12.9fb-1. An event classification is performed to maximize signal significance and to study specific Higgs boson production modes. The observed significance for the standard model Higgs boson is 1.7 sigma, while a significance of 2.7 sigma is expected. Finally a feasibility study, having the aim of constraining the anomalous couplings of the Higgs boson to the vector bosons, is presented. This analysis is performed using the data collected at 8 TeV during Run1 at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 19.7fb-1. This analysis exploits the production of the Higgs boson through vector boson fusion (VBF), with the Higgs decaying to 2 photons. The kinematic distributions of the di-jet and di-photon systems, which depend from the spin-parity hypothesis, are used to build some discriminants able to discriminate between different spin-parity hypotheses. These discriminants allow to define different regions of the phase-space enriched with a certain spin-parity process. The Higgs boson signal yield is extracted in each region from a fit to the di-photon mass, allowing to determine the contributions of the different processes and then constrain the production of a pseudo-scalar (spin-parity 0-) Higgs boson. (author)

Abstract (French)

Dans ce document deux analyses des proprietes du boson de Higgs se desintegrant en 2 photons dans l'experience CMS situee aupres du LHC (Large Hadron Collider) sont presentees.Le document commence par une introduction theorique sur le Modele Standard et sur la physique du boson de Higgs, suivie par une description detaillee de l'experience CMS. En deuxieme lieu, les algorithmes de reconstruction et identification des photons sont presentes, avec une attention particuliere aux differences entre le premier et le deuxieme run du LHC, le premier run (Run1) ayant ete pris entre 2010 et 2012 avec une energie dans le centre de masse de 7 puis 8 TeV, le deuxieme (Run2) ayant commence en 2015 avec une energie dans le centre de masse de 13 TeV. Les performances des reconstructions du Run 1 et du Run 2 en ce qui concerne l'identification des photons sont comparees. Ensuite l'algorithme d'identification des photons pour l'analyse H→γγ et optimise pour le Run2 est presente. Pour ce faire une methode d'analyse multivariee est utilisee. Les performances de l'identification des photons a 13 TeV sont enfin etudiees et une validation donnee-simulation est effectuee. Ensuite l'analyse H→γγ avec les premieres donnees du Run2 est presentee. Les donnees utilisees correspondent a une luminosite integree de 12.9 fb-1. Une categorisation des evenements est faite, afin de rendre maximale la signification statistique du signal et d'etudier les differents modes de production du boson de Higgs. La signification statistique observee pour le boson de Higgs du Modele Standard est 1.7 sigma, pour une signification attendue de 2.7 sigma. Enfin une etude de faisabilite ayant pour but de contraindre les couplages anomaux du boson de Higgs aux bosons de jauges est presentee. Pour cette analyse les donnees a 8 TeV collectees pendant le Run 1 du LHC, correspondant a une luminosite integree de 19.7fb-1 sont utilisees. Cette analyse exploite la production du boson de Higgs par fusion de bosons-vecteurs (VBF), avec le Higgs se desintegrant ensuite en 2 photons. Les distributions cinematiques des jets et des photons, qui dependent de l'hypothese de spin-parite, sont utilisees pour construire des discriminants capables de separer les differentes hypotheses de spin-parite. Ces discriminants permettent de definir differentes regions de l'espace des phases enrichies en signal de differentes spin-parite. Les differents nombres d'evenements de signal sont extraits dans chaque region par un ajustement de la masse invariante di-photon, permettant de determiner les contributions respectives des differents signaux et permettant ainsi de contraindre la production de boson de Higgs pseudo-scalaire (spin-parite 0-)

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Original title (English)
Production du boson de Higgs dans le canal de desintegration en 2 photons au LHC dans l'experience CMS: premiere mesure de la section efficace inclusive dans des collisions proton-proton a 13 TeV, et etude du couplage de Higgs aux bosons vecteurs

Publishing Information

Imprint Pagination
217 p.
Report number
FRCEA-TH--9584

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
49053111
Subject category
S72: PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
ALGORITHMS; CERN LHC; CMS DETECTOR; COUPLING; DECAY; FEASIBILITY STUDIES; HIGGS BOSONS; SIMULATION; STANDARD MODEL; VALIDATION
Descriptors DEC
ACCELERATORS; BOSONS; CYCLIC ACCELERATORS; ELEMENTARY PARTICLES; FIELD THEORIES; GRAND UNIFIED THEORY; MATHEMATICAL LOGIC; MATHEMATICAL MODELS; MEASURING INSTRUMENTS; PARTICLE MODELS; QUANTUM FIELD THEORY; RADIATION DETECTORS; STORAGE RINGS; SYNCHROTRONS; TESTING; UNIFIED GAUGE MODELS

Optional Information

Notes
85 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Also available from Les Bibliotheques, Universite de Paris-Saclay, Espace Technologique, Immeuble Discovery Route de l'Orme aux Merisiers RD 128, 91190 Saint-Aubin, (France)