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Mise en oeuvre du calorimètre électromagnétique d'Atlas et de la reconstruction des électrons avec les premières données du collisionneur de protons LHC : détermination du potentiel de découverte d'un boson de jauge lourd chargé W' décroissant en un électron et un neutrino, Atlas electromagnetic calorimeter and electron reconstruction commissioning with the first LHC collision data : study of the W -> ev heavy gauge boson discovery potential

De
204 pages
Sous la direction de Fabrice Hubaut
Thèse soutenue le 20 septembre 2010: Aix Marseille 2
ATLAS est un détecteur de particules installé auprès du collisionneur de protons le LHC fonctionnant depuis 2010 avec une énergie dans le centre de masse de 7TeV. L'analyse de ses premières données in situ : les muons cosmiques en 2008, puis les données faisceau du LHC de 2009 ont permis de montrer que le calorimètre électromagnétique est opérationnel et performant sur l'ensemble de sa couverture. une étude visant à évaluer la matière en son amont a montré que les informations issues des électrons permettent une cartographie de la matière du trajectographe interne jusqu'à l'entrée du calorimètre. En 2009 et 2010, l'analyse des collisions à 900GeV et 7TeV a permis de vérifier l'accord entre données et simulation des variables utilisées pour l'identification des électrons. Enfin, la recherche du boson de jauge lourd chargé W' en électron et neutrino reste possible avec une définition exclusivement carlorimétrique de l'energie transverse manquante, plus robuste pour la nouvelle physique
-Lhc
-Atlas
-Colorimètre électromagnétique
-Électrons
-Cartogrphie de la matière
-Boson de jauge lourd chargé W'
ATLAS is a particule detector based at the Large Collider which has been delivering collisions with an energy in the cenre of masss of 7TeV from the start of 2010. The analysis of the first in situ data, cosmic muons in 2008 and LHC beam data in 2009, showed the electromagnetic calorimeter was operational and efficient on its whole coverage. In order to evaluate the amount of material upstream the calorimeter, a method was developed showing the information from the electron allows mapping the material from the inner tracker to the calorimeter entrance. In 2009 and 2010, the analysis of Vs=900GeV and Vs=7TeV collision data allowed to check the data-simulation agreement for electron identification variables. Finally, the search of a charged heavy gauge boson W' decaying in an electron and a neutrino remains possible using a calorimetric only definition of missing transverse energy.
Source: http://www.theses.fr/2010AIX22069/document
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
.
.
.
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.
.
.
.
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.
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.
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.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
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.
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
98
.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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101
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
102
.
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.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
103
.
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.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
1.3
.
.
.
.
.
.
.
7
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Etude
110
.
2
.
Etude
.
de
.
la
.
mati?re
.
en
tra
amon
.
t
.
du
rejet
calorim?tre
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
de
.
de
.
erse
.
.
.
.
.
.
.
?
.
1.2
110
.
Motiv
T
ations
.
.
.
.
.
.
en
.
et
.
hons
.
.
.
2.4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6
.
collisions
.
1
.
de
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
141
110
ts
Ob
um
jectifs
.
.
.
.
.
.
.
.
1.2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Mise
.
calorim?tre
.
.
.
.
.
Les
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
?
.
900
.
.
110
.
Les
.
m?tho
.
des
.
traditionnelle
2.2
de
MA
d?termination
e
de
.
la
.
ma-
.
ti?re
.
.
.
.
2.3
.
des
.
.
.
.
.
.
.
149
.
v
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.1
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
ariables
.
in
111
.
Sonder
.
la
.
mati?re
.
a
acteurs
v
.
ec
.
les
.
?lectrons
.
de
.
grande
.
impul-
159
sion
.
transv
.
erse
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7
.
rec
.
b
.
lourd
.
?nergie
.
te
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
112
1.1
2.1
DES
Sim
des
ulation
.
.
de
.
.
.
.
.
168
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Mati?re
.
tre
.
tonneau
.
les
.
ouc
.
du
.
T
.
.
.
135
.
Conclusion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
113
.
2.1.1
.
Sim
.
ulation
.
de
.
la
.
mati?re
139
.
Analyse
.
premi?res
.
du
.
141
.
Prise
.
donn?es
.
collisions
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
113
.
2.1.2
.
S?lection
1.1
des
?nemen
?lectrons
de
de
minim
grande
.
impulsion
.
transv
.
erse
.
116
.
2.2
.
Impact
.
de
.
la
.
mati?re
141
sur
D?clenc
la
t
reconstruction
.
de
.
l'?nergie
.
.
.
.
.
.
.
.
.
117
.
2.3
.
Impact
.
de
.
la
.
mati?re
.
sur
1.3
la
en
signature
du
des
?lectromagn?tique
?lectrons
.
de
.
grande
.
impulsion
.
.
2
.
candidats
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
147
.
R?sultats
.
Iden
.
=
.
Ge
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
118
.
2.3.1
147
M?tho
S?lection
dologie
TI?RES
.
=
.
T
.
V
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
148
.
Cin?matique
.
origine
.
candidats
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
119
.
2.3.2
.
D?termination
3
de
des
la
ariables
mati?re
tication
pro
.
c
.
he
.
du
.
calorim?tre
.
?lectromagn?tique
.
.
.
.
.
.
.
.
151
.
V
.
calorim?triques
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
152
.
V
.
du
121
jectographe
Mati?re
terne
en
.
tre
.
le
.
pr?-?c
.
han
.
tillonneur
.
et
.
le
156
premier
F
com-
de
partimen
.
t
.
du
.
calorim?tre
.
?lectromagn?tique
.
121
.
Mati?re
.
du
.
cry
.
ostat
.
.
.
.
.
.
.
.
4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
122
162
2.3.3
Pr?paration
D?termination
la
de
herc
la
d'un
mati?re
oson
du
jauge
tra
W'
jectographe
1
in
transv
terne
manquan
125
.
Mati?re
.
dans
.
les
.
couc
.
hes
.
de
.
silicium
.
.
.
.
.
.
.
.
164
.
Reconstruction
.6
.
ABLE
.
partir
.
cellules
.
.
tication
164
?
Reconstruction
des6
jets
.
.
partir
129
ob
Mati?re
.
en
.
tre
.
le
.
SCT
.
et
.
le
v
TRET
ET
ET
W'
P
3.5.2
erformance
.
de
.6
.
TI?RES
.
MA
.
calorim?trique
.
dans
.
A
Extraction
TLAS
3.5.1
.
.
.
.
.
.
.
.
.
187
.6
.
.
.
.
.
v
.
.
.
signal
.
.
168
.
3
bruits
Pr?paration
.
?
179
la
.
rec
.
herc
.
he
180
d'un
Extraction
b
v
oson
T
de
.
jauge
.
lourd
.
W'
176
.
W'
.
.
.
.
.
.
.
sur
.
.
.
.
169
.
3.1
.
Motiv
.
ations
sur
.
fond
.
.
.
.
.
.
.
Conclusion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
185
.
197
.
du
.
a
.
ec
.
ABLE
.
standard
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.5
.
du
DES
a
2
ec6
.
169
calorim?trique
3.2
.
Reconstruction
.
de
.
la
.
masse
.
transv
178
erse
Impact
in
le
v
.
arian
.
te
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
178
.
Impact
171
les
3.3
de
Sim
.
ulation
.
et
.
s?lection
.
.
.
.
.
.
.
.
3.6
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Conclusion
.
Bibliographie
.
R?sum?
172
vi
3.4√
s

s

s
0W
?
le
de
collisionneur
est
de
n?cessaire
protons
harg?
LHC
est
a
c
commenc?
v
son
les
fonctionnemen
sa
t
qui
a
les
v
le
ec
cartographier
une
et
?nergie
V
dans
donn?es
le
7
cen
herc
tre
?uvre
de
a
masse
de
de
v
2010,
j'ai
d'ann?e
ail
=
est
7
v
T
quan
e
ph
V,
candidats
faisan
de
t
V.
du
les
CERN
sim
le
analyses
lab
he
oratoire
p
abritan
elle
t
tication,
le
calo-
plus
p
puissan
conducteur
t
comme
acc?l?rateur
le
de
c
particules
cosmiques
au
du
monde.
qualit?
La
cellules.
nouv
?uvre
elle
La
fen?tre
c
d'observ
une
ation
les
oerte
amon
par
la
cette
les
mac
s'est
hine
TLAS
ore
collisions
aux
dans
ph
duction
ysiciens
=
la
ccasion,
p
de
ossibilit?
tication
d'observ
son
er
lesquelles
des
ma
ph?nom?nes
Enn,
ph
de
ysiques
de
encore
ec
inconn
la
us
de
et
ysique.
d'?tendre
son
nos
mise
connaissances
celle
sur
?lectromagn?tique
le
sous-d?tecteur
fonctionnemen
sa
t
le
de
ma
l'univ
d?coup
ers.
La
P
commence
armi
?lectromagn?tique
les
jet
exp
3.
?riences
les
plac?es
2007
sur
donn?es
l'anneau
en
du
?ri?
LHC
la
se
dans
trouv
tra
e
mise
l'exp
expliqu?
?rience
hapitre
g?n?raliste
des
A
sujet
TLAS,
5.
don
pr?sen
t
de
les
utilisan
ob
p
jectifs
mati?re
de
du
ph
don
ysique
pr?alable
comprennen
our
t
jectifs
la
qu'A
compl?tion
Fin
du
2010,
Mo
ses
d?le
issus
Standard
LHC
de
une
la
cen
ph
de
ysique
900
des
tro
parti-
T
cules
cette
par
particip
la
v
d?couv
en
erte
ariables
du
sur
b
celles
oson
actuellemen
de
et
Higgs,
t
la
de
mesure
partie
des
ph
propri?t?s
c
du
la
quark
rec
top,
b
mais
lourd
?galemen
a
t
d?nition
la
our
mise
rec
?
he
l'?preuv
nouv
e
ph
de
L'?lectron,
th?ories
reconstruction,
comme
iden
la
sa
sup
en
er-sym?trie,
et
les
du
mo
rim?tre
d?les
qui
de
un
grande
crucial
unication
our
et
mesure
de
?t?
dimensions
l
suppl?men
de
taires.
th?se
Le
se
c
e
hapitre
suit.
1
reconstruction
illustrera
l'?lectron
l'?tat
dans
des
calorim?tre
connaissances
qui
th?oriques
l'ob
en
du
ph
hapitre
ysique
A
subatomique
ec
a
donn?es
v
de
an
et
t
premi?res
le
faisceau
nouv
LHC
el
2008,
?clairage
v
que
la
le
de
LHC
reconstruction
a
l'?nergie
la
ses
v
Ce
o
v
cation
de
de
en
lui
est
app
dans
orter,
c
tandis
4.
que
reconstruction
le
?lectrons
c
le
hapitre
du
2
hapitre
d?crira
Ce
l'exp
hapitre
?rience
tera
A
m?tho
TLAS
no
sur
atrice
lequel
t
rep
?lectrons
ose
our
le
la
tra
en
v
t
ail
calorim?tre,
eectu?
tit?
p
t
endan
connaissance
t
est
cette
p
th?se.
atteindre
L'exploitation
ob
des
de
donn?es
ysique
d'un
TLAS
collisionneur
x?s.
de
2009
hadrons
d?but
n'est
A
cep
enregistrait
endan
premiers
t
?lectrons
pas
de
ais?e,
du
et
a
la
ec
r?duction
?nergie
du
le
bruit
tre
QCD
masse
est
En
un
=
des
Ge
enjeux
et
ma
In
jeurs
7
des
e
exp
A
?riences
o
pla-
j'ai
c?es
?
aupr?s
la
du
?rication
LHC.
l'accord
Dans
tre
cet
v
en
d'iden
vironnemen
mesur?es
t
les
hadronique,
et
la
qui
ma?trise
t
des
t
leptons
ul?es
est
sur
cruciale.
son
Leur
optimis?es
signature
coupures
relativ
la
emen
jeure
t
des
simple
de
et
ysique.
leur
le
pr?sence
hapitre
dans
d?crit
des
pr?paration
canaux
la
de
herc
d?couv
d'un
d?but
oson
ce
jauge
sa
c
en
et
ertes
dans
imp
d?croissance
ortan
?lectron
ts
neutrino
son
v
t
une
des
1
atouts√
s

s
−1
du
transv
V.
erse
nominale
manquan
de
te.
mon
Le
=
LHC
t?gr?e
fonctionnera
la
?
des
l'?nergie
?
de
t
=
T
7
luminosit?
T
quelques
e
INTRODUCTION
V
herc
en
au
2010
actuelles.
et
t?e
2011
l'?nergie
a
de
v
uniquemen
an
14
t
e
d'?tre
Une
ferm?
in
p
de
calorim?trique
dizaines
sera
pb
te
our
our
susan
pro-
p
c?der
?tendre
aux
rec
c
he
hangemen
W'
ts
del?
n?cessaire
limites
?
2
sa−Ω
5%
25%
70%
± 0
C'est
est
sem
une
ses
discipline
basse
qui
le
s'attac
n'on
he
la
?
oson
la
?vidence
compr?hension
des
et
des
la
?t?
description
(probl?mes
des
masse,
particules
t
?l?men
th?ories
taires
pression
de
de
la
r?f?rence
mati?re
ouv
et
tale
des
t
lois
Cette
qui
de
r?gissen
Si
t
pierre
leur
Higgs
comp
raisons
ortemen
l'englob
t.
grand
La
les
discipline
ou
conna?t
et
un
a
essor
de
suite
raison
?
est
la
de
d?couv
son
erte
La
dans
v
les
?lectro-faible
ann?es
ecteurs
particules
50
depuis
et
conrmer
60
qui
d'une
except?
m
sa
ultitude
her
(un
t
"zo
hi?rarc
o")
Mo
de
tale
nouv
particules
elles
attendre.
particules,
enser
comme
d?le
l'illustre
les
la
Mo
gure
t
1.1
c
repr?sen
p
tan
les
t
d?les
la
de
d?couv
actuelles
erte
e.
du
mise
ysique
l'observ
ph
de
dans
ers.
une
our
c
d?le
ham
t
bre
le
?
ph
bulles
r?side
?
t
Bro
pr?dic-
okha
erte
v
fermions,
en
exp
en
la
1964.
l'observ
A
osons
v
et
ec
t
l'a
succ?s
v
ann?es
?nemen
cess?
t
mo
du
pr?dictiv
Mo
jamais
d?le
en
Standard
les
de
p
la
ersion
ph
n?anmoins
ysique
ses
des
d?fauts
particules
d'ordre
dans
naturalit?,
les
la
ann?es
l'?dice
70,
Standard,
on
exp
comprendra
m?canisme
que
lequel
les
t
hadrons
fait
son
outes
t
t
en
le
r?alit?
d'un
comp
?rieur
os?s
P
d'un
d?les
nom
del?
bre
Standard,
restrein
bre
t
d'un
de
jauge
particules
W'
?l?men
d?les
taires
Higgs,
nomm?es
grande
quarks,
suppl?men
comme
les
le
jauges
mon
la
tre
mo
la
leurs
gure
une
1.2.
n?gativ
A
Elle
v
?t?
ec
en
la
par
d?couv
ation
erte
l'acc?l?ration
au
l'expansion
T
l'univ
e
La
V
p
atron
laquelle
en
Mo
1995
Standard
du
actuellemen
quark
la
le
dans
plus
monde
massif
la
:
ysique
le
particules
top,
dans
toutes
impressionnan
les
p
particules
oir
pr?dites
tif.
par
d?couv
le
de
Mo
douze
d?le
la
Standard
alidation
on
?rimen
t
de
main
th?orie
tenan
et
t
ation
?t?
b
observ
v
?es
W
des
?
Z
l'exception
son
du
autan
b
de
oson
qui,
de
les
Higgs.
80,
Le
t
Mo
de
d?le
le
Standard
d?le.
de
th?orie
la
e
ph
n'a
ysique
encore
des
mise
particules
d?faut,
ne
par
d?crit
oscillations
que
neutrinos
La
our
particules
v
du
minimaliste,
con
ble
ten
touc
u
?
?nerg?tique
limites.
de
ses
notre
son
univ
tous
ers.
th?orique
Le
de
reste
de
est
hie...),
comp
derni?re
os?
?
d'en
du
viron
d?le
des
c'est-?-dire
ysique
conrmation
ph
?rimen
de
du
mati?re
de
noire,
par
et
les
de
acqui?ren
plus
leur
de
se
La
encore
1
T
Chapitre
ces
d?le
laissen
n'est
p
cas
que
?
Mo
emen
Standard
d'?nergie
qu'un
noire.
particulier
La
relativ
mati?re
t
noire
?nergie
a
mo
?t?
sup
observ
qui
?e
erait.
indirectemen
armi
t
mo
par
allan
les
au
eets
du
gra
d?le
vitationnels
un
qu'elle
nom
engendre.
pr?disen
Les
l'existence
exp
b
?riences
de
du
lourd
LHC
harg?
son
comme
t
mo
susceptibles
de
de
etit
mettre
les
en
de
?vidence
unication,
des
dimensions
candidats
taires
?
encore
la
mo
mati?re
de
noire.
?tendue.
L'?nergie
sur
noire
description
est
ces
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