Search for chargino and neutralino pair production in final states with one lepton, two b-jets consistent with a Higgs boson and missing transverse momentum with the ATLAS detector at the LHC Run2 - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2018

Search for chargino and neutralino pair production in final states with one lepton, two b-jets consistent with a Higgs boson and missing transverse momentum with the ATLAS detector at the LHC Run2

Recherche de la production du chargino et neutralino dans les etats finals avec un lepton, 2 b-jets consistent avec un boson de Higgs et de l'energie manquante avec le detecteur ATLAS au Run 2 du LHC.

Abstract

The R-parity conserving SUSY is one of the most motivated theories beyond the Standard Model. During the LHC 8 TeV Run1, many searches were dedicated to this model. Among those, the search for the lightest chargino and next-to-lightest neutralino (\chinoonepm, \ninotwo) pair production in final states with one lepton, two b-jets consistent with a Higgs boson and missing transverse energy. This search had negative outcome resulting in excluding \chinoonepm, \ninotwo masses up to 250 GeV for a massless lightest neutralino (\ninoone) at 95\% C.L.. The Run1 search used 20.3 fb$^{-1}$ of 8 TeV ATLAS data collected in 2012. In this thesis, this search with ATLAS at LHC 13 TeV Run2 is presented, it uses 36.1 fb$^{-1}$ ATLAS data collected in 2015 and 2016. This Run 2 search takes advantage of the sensitivity enhancement as the gain in the signal cross section is higher than the gain in the cross section of the main background, ttbar. Therefore, it provides an unprecedented sensitivity to high mass \chinoonepm, \ninotwo production. However, no evidence of new physics is observed and tighter new limits are placed on the \chinoonepm, \ninotwo production, with significant improvements over previous searches: \chinoonepm, \ninotwo masses up to 680 GeV for a massless neutralino \ninoone are excluded at 95\% C.L. The identification of jets containing B-hadrons, called b-tagging, plays a significant role in this and many other analyses at the LHC, in particular in the Higgs measurements, as h$\rightarrow$bb dominates the total width (58\%). The ATLAS b-tagging algorithms rely on B-hadron properties (long lifetime, high mass) and they are based on jets-associated tracks properties. In this thesis, a study on the optimisation of b-jet identification algorithms in ATLAS is presented as well as studies of the robustness of b-tagging performance with various conditions of the pixel detector, being the most important sub-detector for b-tagging. As most SUSY searches at the LHC, this analysis is carried out using Simplified Model of SUSY, i.e. the mass spectrum is chosen by hand and the considered SUSY decays are forced (branching fractions of 100\%). This way, the experimental sensitivity to the signal can be factorized out of the actual interpretation of the search result within realistic SUSY models. Suspect3 is one of the theory tools utilized to map the search result into realistic SUSY models, it is a SUSY spectrum calculator which calculates SUSY mass spectra and couplings. This thesis presents the post Higgs discovery SuSpect3 version we have been working on. This version takes advantage of the very important new Higgs boson mass input to constrain other basic model parameter typically most important one of the soft SUSY-breaking parameters, the top trilinear coupling, currently given as an input. The same idea also applies to the SUSY particles mass limits resulting from the SUSY searches at the LHC. This new Suspect3 version will facilitate generating SUSY spectra compatible with the experimental constraints, and is also more natural given the new fundamental input now available with the Higgs boson mass, which is moreover determined with a good accuracy.
La Supersymétrie conservant la R-parité est l’une des théories les plus populaires au-delà du modèle standard. De nombreuses recherches ont été consacrées aux signatures de ce modèle supersymétrique depuis la première phase de l’exploitation du LHC, le Run1, qui a fourni des données à 7 et 8 TeV. Parmi ceux-ci, la recherche du chargino et du neutralino (\chinoonepm, \ninotwo) dans les états finals avec un lepton, deux jets de b compatibles avec un boson de Higgs et une énergie transverse manquante. Cette analyse des données collectées par ATLAS à 8 TeV en 2012 a permis d'exclure certains modèles simplifiés pour lesquels le neutralino le plus léger (\ninoone) est non massif. Dans ces scénarios, les \chinoonepm, \ninotwo de moins de 250 GeV sont exclus à 95\% C.L.. La présente analyse utilise les données collectées par ATLAS en 2015 et en 2016. Cette recherche montre une meilleure sensibilité au signal due à l’augmentation de l'énergie des collisions au Run 2 jusqu'à 13 TeV qui cause un gain dans la section efficace du signal supérieur au gain de la section efficace du bruit de fond dominant, ttbar. Par conséquent, le Run2 offre une sensibilité sans précédent à la production de \chinoonepm, \ninotwo à des masses elevée. Cependant, les résultats sont compatibles avec les prédictions du modèle standard et il n’y a pas de la nouvelle physique observée ainsi les limites inférieures sur les masses de \chinoonepm, \ninotwo sont élevées significativement et permettent d'exclure a 95\% C.L. les modèles avec \chinoonepm, \ninotwo de moins de 680 GeV pour un \ninoone non massif. L'identification des jets contenant des hadrons B, dite ``b-tagging'', joue un rôle important dans cette analyse et dans plusieurs autres analyses au LHC, en particulier dans les mesures des bosons de Higgs, car h$\rightarrow$ bb domine les désintégrations de ce boson (58\%). Les algorithmes d'étiquetage de saveurs d'ATLAS reposent sur les propriétés du hadron B (longue durée de vie, masse élevée) et sur les propriétés des trajectoires de particules associées aux jets. Dans cette thèse, une étude sur l'optimisation des algorithmes d'identification des jets dans ATLAS est présentée, ainsi que des études sur la robustesse des performances du b-tagging avec diverses conditions de détection pour le détecteur a pixels, le plus important pour l'étiquetage de saveur des jets. Comme la plupart des recherches SUSY au LHC, cette analyse est effectuée en utilisant un modèle simplifié, ainsi le spectre de masse est choisi manuellement et les désintégrations SUSY considérées sont forcées (à un taux d’embranchement de 100\%). De cette façon, la sensibilité expérimentale au signal peut être factorisée de l'interprétation réelle du résultat de la recherche dans des modèles SUSY réalistes. Suspect3 est l'un des outils théoriques utilisés pour interpréter les résultats de la recherche en modèles SUSY réalistes. Il s'agit d'un calculateur de spectre SUSY qui calcule les spectres de masse et les couplages SUSY. Cette thèse présente la version SuSpect3 post-découverte du Higgs que nous développons. Cette version utilise la nouvelle entrée de masse très importante du boson de Higgs pour contraindre les autres paramètres de modèle de base, généralement les plus importants, l'un des parametres libres de rupture SUSY, le couplage trilinéaire du top, actuellement donné en entrée. La même idée s'applique également aux limites de masse des particules SUSY résultant des recherches SUSY au LHC. Cette nouvelle version de Suspect3 facilitera la génération de spectres SUSY compatibles avec les contraintes expérimentales et sera également plus naturelle compte tenu de la nouvelle entrée fondamentale désormais disponible avec la masse du boson de Higgs, déterminée par ailleurs avec une bonne précision.
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tel-01998851 , version 1 (06-02-2019)

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  • HAL Id : tel-01998851 , version 1

Cite

Rima El Kosseifi. Search for chargino and neutralino pair production in final states with one lepton, two b-jets consistent with a Higgs boson and missing transverse momentum with the ATLAS detector at the LHC Run2. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Aix Marseille Université, Ecole doctorale N°352 : Physique et Sciences de la Matière, 2018. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01998851⟩

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