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Couplages du boson de Higgs aux quarks top et bottom – Hbb+ttH@LHC

Couplages du boson de Higgs aux quarks top et bottom avec le détecteur ATLAS auprès du LHC

Ce projet a pour objectif de mettre en évidence deux modes particuliers de production du boson de Higgs dans les données délivrées par le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN à l'expérience ATLAS pendant la période dite Run 2 (2015-2018). <br />Ils permettront d'affiner les connaissances sur le couplage du boson de Higgs aux quarks top et bottom, et par la-même sur le mécanisme de brisure de la symétrie électrofaible.

Recherche de la production du boson de Higgs dans deux canaux non-encore observés au LHC, extraction de ses couplages aux quarks top et bottom

La découverte en 2012 auprès du Grand Collisionneur de Hadrons d’une nouvelle particule compatible avec le boson de Higgs du Modèle Standard est une étape majeure pour la physique fondamentale. Une des priorités pour les années à venir est d’étudier ce nouveau boson et en particulier ses couplages aux particules du Modèle Standard. Le projet Hbb+ttH@LHC a deux objectifs principaux: établir l’observation des processus dans lequel le boson de Higgs est produit en association avec un boson faible ou une paire de quarks top et se désintègre en une paire de quarks bottom; et étudier les couplages du boson Higgs correspondants, en particulier le couplage au quark top pour tester la nature du boson de Higgs et sonder une possible nouvelle physique au-delà du Modèle Standard.

Ce projet repose sur plusieurs nouvelles techniques qui vont améliorer la sensibilité au-delà de l’état de l’art actuel, par exemple:
des triggers hadroniques permettant d’inclure des canaux entièrement hadroniques et de compenser les limitations des triggers leptoniques à haute luminosité; les techniques de sous-structure des jets appliquées aux sous-canaux de grande impulsion transverse; l’amélioration de l’identification des jets bottom et charm; l’utilisation du flux de couleur et de techniques de régression pour améliorer la reconstruction du signal. Ces améliorations mèneront à des mesures des bruits de fond, et à l’observation et la mesure des canaux de production du boson de Higgs en association avec un boson faible ou une paire de quarks top, ainsi qu’à l’extraction des couplages correspondants.

Contributions aux résultats de l'expérience ATLAS:
- recherche d'une nouvelle particule non-prévue par le Modèle Standard de la physique des particules et se désintégrant en un boson vecteur et un boson de Higgs dans les collisions de protons à 13 TeV du LHC
- première évidence de la production du boson de Higgs en association avec un boson vecteur W ou Z dans le canal de désintégration du Higgs en deux quarks bottom

Caractérisation fine du boson de Higgs et du mécanisme de la brisure de symétrie électrofaible, mise en évidence indirecte de nouvelle physique au-delà du Modèle Standard.

Contributions aux résultats de l'expérience ATLAS:
- ATLAS Collaboration, “ Search for the bb decay of the Standard Model Higgs boson in associated (W/Z)H production with the ATLAS detector”, JHEP 01 (2015) 069
- ATLAS Collaboration, “ Search for the Standard Model Higgs boson decaying into bb produced in association with top quarks decaying hadronically in pp collisions at sqrt(s)=8 TeV with the ATLAS detector”, JHEP 05 (2016) 160
- ATLAS Collaboration, “ Search for new resonances decaying to a W or Z boson and a Higgs boson in the llbb, lnubb, and nunubb channels in pp collisions at sqrt(s)=13 TeV with the ATLAS detector”, ATLAS-CONF-2015-074
- ATLAS Collaboration, “Search for a CP-odd Higgs boson decaying to Zh in pp collisions at sqrt(s) =13 TeV with the ATLAS detector”, ATLAS-CONF-2016-015

La découverte récente auprès du Grand Collisionneur Hadronique d'une nouvelle particule compatible avec un boson de Higgs du Modèle Standard est une étape majeure pour la physique fondamentale. Une des priorités principales pour les années à venir est d'étudier ce nouveau boson et en particulier ses couplages aux particules du Modèle Standard. Le projet Hbb+ttH@LHC a deux objectifs principaux : établir l'observation des processus dans lequel le boson de Higgs est produit en association avec un boson faible ou une paire de quarks top, et se désintègre en une paire de quarks bottom; et étudier les couplages du Higgs correspondants, en particulier le couplage au quark top pour tester la nature du boson de Higgs et sonder une possible nouvelle physique au-delà du Modèle Standard. Un programme de quatre ans a été défini par un groupe de quatre équipes pour exploiter les données collectées entre 2015 et 2018 par l'expérience ATLAS auprès du LHC. Cette période de prise de données du LHC devrait quadrupler la quantité de données disponible, avec une énergie dans le centre de masse presque doublée, par rapport à la précédente période. Ce projet repose sur plusieurs nouvelles techniques qui vont améliorer la sensibilité au-delà de l'état de l'art actuel, par exemple: des triggers hadroniques permettant d'inclure des canaux entièrement hadroniques et de compenser les limitations des triggers leptoniques à haute luminosité; les techniques de sous-structure des jets appliquées aux sous-canaux de grande impulsion transverse; l'amélioration de l'identification des jets bottom et charm; l'utilisation du flux de couleur et de techniques de régression pour améliorer la reconstruction du signal. Ces améliorations mèneront à des mesures des bruits de fond, et à l'observation et la mesure des canaux de production du Higgs en association avec un boson faible ou une paire de quarks top, ainsi qu'à l'extraction des couplages correspondants.

Coordinateur du projet

Monsieur Laurent Vacavant (Centre National de la Recherche Scientifique délégation Provence et Corse _ Centre de Physique des Particules de Marseille)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CNRS DR2 _ LPNHE_UMR 7585 Centre National de la Recherche Scientifique délégation Paris B _ Laboratoire de Physique des Hautes Energies
CEA/IRFU Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
LAL Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire
CNRS DR12 _ CPPM Centre National de la Recherche Scientifique délégation Provence et Corse _ Centre de Physique des Particules de Marseille

Aide de l'ANR 498 558 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 48 Mois

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