Doctorat (H/F) - Étude du boson de Higgs et de son auto-couplage dans les canaux H → γγ et HH → bbγγ gr

Sujet de thèse :
La physique des particules étudie les constituants fondamentaux de la matière et leurs interactions. Un des meilleurs outils à notre disposition pour étudier ces particules est le plus puissant accélérateur de particules au monde : le Large Hadron Collider (LHC), de l'Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (CERN). Parmi les avancées majeures obtenues grâce au LHC figure la découverte du boson de Higgs par les collaborations ATLAS et CMS en 2012, apportant une vérification expérimentale cruciale du Modèle Standard (MS) de physique des particules. Cependant, plusieurs limitations du MS restent inexpliquées. En particulier, il ne décrit pas le contenu en matière sombre de l'univers et il n'inclut pas de sources suffisantes de violation de la symétrie CP pour expliquer l'asymétrie matière-antimatière observée dans l'univers. Le MS est donc probablement une limite à basse énergie d'une plus théorie plus complexe et le champs de Higgs est un des outils les plus utiles pour le déterminer.

Une des études expérimentales les plus importantes à mener est la mesure de l'auto-couplage du boson de Higgs. En effet celui-ci dépend de la forme du potentiel de Higgs, qui reste à ce jour à vérifier. La manière la plus directe pour mesurer cet auto-couplage est d'étudier les productions de paires de boson de Higgs (di-Higgs),
notamment par le canal HH(bbyy) qui est un bon compromis entre le grand taux
d'embranchement H(bb) et la grande sensibilité de détection du canal H(yy).
La section efficace de production di-Higgs étant 500 fois plus petite que la production d'un seul boson de Higgs, ce processus n'a pas encore été détecté, et pourrait l'être pour la première fois avec l'ensemble des données du Run 3 du LHC (en combinant les différents canaux de mesure). Une mesure relativement précise de l'auto-couplage ne sera possible qu'avec les données collectées lors de la phase de haute luminosité du LHC (HL-LHC), à partir de 2030.
Une piste importante d'amélioration de l'analyse et de mesurer conjointement les canaux H(yy) et HH(bbyy). En effet, dans l'analyse classique HH(bbyy) le canal
H(yy) est traité comme un processus de fond (important) pour le canal di-Higgs.
Une analyse conjointe des deux modes permettrait d'optimiser la mesure globale des propriétés du boson de Higgs, incluant notamment le couplage de Yukawa au quark top et son auto-couplage.

Une composante principale dans l'analyse des données collectées par le détecteur ATLAS est la reconstruction des traces des particules chargées, produites lors des collisions de hadrons faites par le LHC. À partir de la mesure de ces traces, des propriétés fondamentales des particules peuvent être évaluées comme leur charge et
leur impulsion. De plus, nous pouvons déterminer de quel vertex d'interaction elles proviennent, notamment si elles viennent d'un vertex déplacé, signature typique d'hadrons contenant un quark b. Dès le début du HL-LHC,
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