Search for Higgs bosons and for Supersymmetric particles at particle collider experiments
Recherche de Bosons de Higgs et de Particules Supersymétriques avec des Détecteurs situés auprès de Collisionneurs de Particules
Résumé
The corner stone of the Standard Model (SM) of Particle Physics is the Higgs mechanism. It explains
how the bosons W, Z and H acquire a mass via weak interactions. In addition it explains how
the charged fermions also acquire a mass through Yukawa interactions. And on top of this, it regularizes
the scattering of longitudinal W and Z bosons at high energy. The discovery of a Higgs boson by the ATLAS
and the CMS collaborations in 2012 marked the culminating success of the SM at explaining most of the known
phenomena. However a few other phenomena such as the Dark Matter and the Dark energy cannot be explained by
the SM particles. What's more, the SM leaves several open questions such as a quest for a quantum theory for
gravity, the naturalness in the Higgs sector, a possible Grand Unification,...
The common thread in topics presented in this habilitation thesis is the search for manifestations of a TeV
scale supersymmetric (SUSY) extension of the Standard Model at particle collider experiments. Among the
predictions of such models is the presence of a light Higgs boson as well as the presence of SUSY partners of
the SM particles.
In the first part of this document I remind the structure of the SM and the MSSM, its minimal supersymmetric
extension. In the second part I relate searches for Higgs bosons to which I participated in the L3 experiment
for the LEP Run2. In the third part I report a search for SUSY partciles at the TEVATRON Run2 using the D0
detector. In the fourth part I report on recent works concentrating on the ATLAS experiment at the LHC Run1.
Firstly, I report on an analysis that uses the Higgs boson as a probe to search for SUSY, secondly I present a
new method that I designed for some indirect mass measurements using their production integral charge asymmetry
at the LHC.
La pierre angulaire du Modele Standard de la physique des particules est le mécanisme de Higgs. Il
explique comment les bosons W, Z et H acquièrent une masse via l'interaction faible. De plus, il
explique comment les fermions chargés acquièrent une masse via des interactions de Yukawa. Enfin, il
régularise les amplitudes de diffusion des composantes longitudinales des bosons W et Z à haute énergie.
La découverte d'un boson de Higgs par les collaborations ATLAS et CMS en 2012 marque le point culminant
du succès du Modèle Standard (MS) dans sa capacité à rendre compte de la plupart des phénomènes observés.
Cependant, quelques phénomènes, tels que la Matière Noire et l'Energie Noire, ne peuvent être expliqués
par les particules du MS. Du surcroît, le MS laisse un certain nombre de problèmes ouverts tels qu'une
théorie quantique de la gravitation, la naturalité dans le secteur de Higgs, la possibilité d'une Grande
Unification,...
Le fil conducteur des sujets présentés dans cette thèse d'habilitation est la recherche de manifestations
d'une extension supersymétrique (SUSY) du MS à l'échelle du TeV dans des expériences situés auprès de
collisionneurs de particules. Parmi les prédictions de tels modèles, figure la présence d'un boson de Higgs
léger ainsi que celle de partenaires SUSY des particules du MS.
Dans la première partie de ce document je rappelle la structure du MS et du MSSM, son extension SUSY minimale.
Dans la deuxième partie, je présente les recherches de bosons de Higgs auxquelles j'ai pris part dans l'
expérience L3 au cours du Run 2 du LEP. Dans la troisième partie, je relate la recherche de particules SUSY
à laquelle j'ai participé dans l'expérience D0 au Run 2 du TEVATRON. Dans la quatrième partie, je présente des
travaux sur l'expérience ATLAS au Run 1. D'une part, je décris une analyse qui utilise le boson de Higgs comme
une sonde pour rechercher la SUSY, d'autre part, je présente une nouvelle méthode que j'ai mise au point pour
mesurer indirectement la masse de certains états final en se basant sur leur asymétrie de charge de production
au LHC.
