A highly granular semi-digital hadron calorimeter for a future linear e + e − collider and a model independent Higgs boson measurement in the ZH→qq+X channel

Résumé : Le collisionneur linéaire international (ILC) est le concept d'un accélérateur d'électrons-positrons linéaire avec une énergie dans le centre de masse allant jusqu'au TeV. Son but est la mesure de haute précision des propriétés des particules découvertes par le LHC, en particulier celles du boson de Higgs. L'ILD est l'un des concepts de détecteurs spécialement conçus pour l'utilisation de l'algorithme de suivis des particules (PFA) nécessitant une calorimétrie très granulaire. Dans le cadre de la collaboration CALICE, quelques prototypes de calorimètres, explorant des technologies différentes, ont été développés et testés en faisceau. Cette thèse se concentre sur l'un d'eux: un calorimètre hadronique semi-digital (SDHCAL) basé sur des chambres à plaques résistives (GRPC). Il est composé de 48 couches segmentée en cellules d'un centimètre carré pour un total de 500 000 canaux, lues de façon sommaire (en 3 seuils). La première partie de cette thèse se focalise sur l'analyse des données recueillies pendant les tests en faisceau au CERN, dans lequel le détecteur a fonctionné en mode d'auto-déclenchement; enregistrant toutes les informations entrantes dans le détecteur. Une méthode de reconstruction d’événement a été développée qui permet d'extraire les événements physiques utilisant un nouvel algorithme basé sur une méthode de regroupement temporel. Une étude détaillée de la qualité du SDHCAL en terme d'efficacité de détection et multiplicité des cellules touchées, est effectuée utilisant des traces de muons reconstruits avec le détecteur. Un procédé pour mesurer le spectre de charge induite et la taille de l'avalanche électronique dans les capteurs GRPC est aussi présentée. L'extraction de ces paramètres clés est nécessaire pour une simulation précise du détecteur. La réponse des capteurs et de l'électronique d'acquisition doit être modélisés pour la simulation Mote-Carlo (avec GEANT-4) dans un module dit de "digitisation"; un procédé de digitisation générale a été développé au cours de cette thèse, qui peut être appliquée à divers capteurs gazeux a granularité élevée. Il a été testé avec succès sur les GRPC et les MicroMegas. La réponse aux pions est ensuite traitée. Les tests faisceau au CERN fournissent un grand échantillon de pions d'énergie allant de 5 à 80 GeV. Une sélection fine des gerbes hadroniques est appliqué, a l'aide de nouveaux type de variables d'identification telles que la dimension fractale des gerbes. Les pions ainsi sélectionnés sont ensuite utilisés pour l'étalonnage du calorimètre en terme de linéarité et de résolution en énergie. L'information acquise par la reconstruction des muons a été également utilisée pour améliorer la réponse du calorimètre aux pions avec un impact visible sur sa résolution. Pour évaluer les performances dans une configuration complète d'un grand détecteur, la deuxième partie de cette thèse est consacrée à l'étude du mode production du boson de Higgs associé au processus ZH avec l'ILD. L'état final recherché est caractérisé par la présence d'au moins deux jets provenant de boson Z à côté des produits de désintégration du Higgs. Pour effectuer mesure indépendante du Higgs, la sélection des événements ne contraint pas les modes de désintégration du Higgs. Le boson Z étant caractérisée par un rapport d'embranchement hadronique plus élevé par rapport à celui leptonique, il offre une meilleure statistique. En outre, le contexte d'indépendance au modèle du boson de Higgs peut identifier des éventuels écarts par rapport aux attentes du modèle standard de la physique des particules. La première analyse consiste à la démonstration de la faisabilité du marquage du boson de Higgs en utilisant la désintégration hadronique du boson Z. Ceci a été réalisé en utilisant des arbres de décision boostés (BDT). Une analyse plus poussée démontre l'importance de la polarisation du faisceau sur sensibilité de ce canal et pour la réduction du bruit de fond, et ainsi prédire une mesure de la section efficace du processus de ZH avec une précision de 2\%.
Type de document :
Thèse
High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Ecole Doctorale Polytechnique; Laboratoire Leprince-Ringuet, 2014. English
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Contributeur : Yacine Haddad <>
Soumis le : mercredi 2 septembre 2015 - 17:59:56
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Yacine Haddad. A highly granular semi-digital hadron calorimeter for a future linear e + e − collider and a model independent Higgs boson measurement in the ZH→qq+X channel. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Ecole Doctorale Polytechnique; Laboratoire Leprince-Ringuet, 2014. English. 〈tel-01191891〉

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