Focus Higgs

Introduction

Le détecteur ATLAS a pour une large part été conçu pour trouver le boson de Higgs, ou en exclure l’existence. Après le démarrage du LHC en 2009, une course s'est engagée pour comprendre la réponse du détecteur, puis accumuler et analyser le plus de données possible afin de pouvoir répondre à la question fondamentale de l'origine de la masse des particules élémentaires.

Fruit de cette longue quête expérimentale, la découverte du boson de Higgs a été annoncée le 4 juillet 2012 par les collaborations ATLAS et CMS, et a conduit à l'attribution du prix Nobel de physique 2013 à François Englert et Peter Higgs pour leur prédiction théorique du mécanisme dit de Higgs.

Aboutissement d'un long effort de conception du détecteur, puis de fabrication minutieuse et de compréhension toujours plus poussée, mené entre autres dans notre laboratoire par de nombreux chercheurs, ingénieurs et techniciens depuis 1992, nous avons contribué à cette aventure de multiples façons au cours des quatre dernières années.

Identification des électrons et des photons

Impliqué de longue date dans la calorimétrie électromagnétique, le groupe ATLAS du CPPM a fortement contribué aux études de performances sur les électrons et les photons, objets essentiels pour l’observation du boson de Higgs dans ses décroissances en deux photons et en deux bosons Z, et a assuré la coordination de ces activités pour l’expérience. Nos études ont porté d’une part sur l’optimisation et les mesures in situ des efficacités de reconstruction et d’identification des électrons et des photons, et d’autre part sur l’adaptation des algorithmes à l’évolution des conditions de prise de données du LHC, liée principalement à l’augmentation du nombre d’événements d’empilement. L'amélioration continue de ces performances est cruciale et se poursuit pour les mesures des propriétés de cette nouvelle résonance, notamment sa masse et ses couplages.

Boson de Higgs en quatre électrons

Nous avons également participé dès le début aux analyses de données effectuées par le groupe de travail « Higgs en 4 leptons » d’ATLAS, notamment dans le canal à quatre électrons. Nos travaux ont contribué à l’obtention d’un contrôle précis de certains bruits de fond avec les données 2011 puis 2012. Les canaux de désintégration en quatre leptons ont permis d'atteindre, une fois combinés avec le canal H→γγ, le seuil critique des 5σ en 2012 correspondant à la découverte du boson de Higgs, puis ont particulièrement contribué aux mesures des propriétés physiques de ce boson.

Boson de Higgs en paire de quarks b

Misant sur notre longue expertise dans l’étiquetage des jets b, nous nous sommes également très impliqués dans les analyses VH(bb) (V=W/Z) et ttH(bb), d'une importance cruciale afin de confirmer les couplages du boson de Higgs aux fermions que sont les quarks b et t, en complément des couplages aux bosons mesurés dans les canauxH→γγet H→ZZ*.

Dans le cadre des analyses VH(bb) au Run 1, pour lesquelles nous avons construit un meilleur étiqueteur de jets b, nous avons contribué à l'analyse des canaux ZH→nunubb et WH→ℓnubb, en particulier en améliorant l’acceptance pour le signal (nouvelles régions à plus basse énergie manquante pour le canal sans lepton, déclenchement sur l’énergie manquante pour les canaux avec muons de haute énergie). Le groupe a aussi coordonné l'effort de convergence de l'implémentation de la sélection et des diverses corrections et systématiques entre instituts, et la production centralisée des échantillons.

Dans le prolongement de l’analyse des désintégrations hadroniques de paires tt, nous nous sommes fortement investis dans la recherche du boson de Higgs via le canal ttH(bb) en mode tout hadronique. Une bonne partie de l'analyse a été conçue et promue par le groupe, avec des contributions majeures au déclenchement avec des jets b, à la mise en place de la technique d'analyse, à l'utilisation d'arbres de décision boostés pour isoler le signal, et à l'estimation du bruit de fond principal que sont les événements multijets.