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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-21-0842

DOMAINE DE RECHERCHE
Physique des particules / Physique corpusculaire et cosmos
INTITULÉ DU SUJET Français English

Première recherche d'une résonance se désintégrant en deux photons avec une masse inférieure à 70 GeV dans l'expérience CMS au LHC

RÉSUMÉ DU SUJET

Le Modèle Standard (MS) de la physique des particules a été testé intensivement au cours des décennies passées et accommode très bien les mesures expérimentales. Son dernier succès est la découverte du boson de Higgs au LHC en 2012. Pourtant, le MS a de nombreuses zones d'ombre. De nombreuses propriétés des interactions et particules n'y trouvent pas d'explication, comme le nombre des familles de particules ainsi que leurs différences de masse. De plus, le MS a de nombreux paramètres libres à déterminer expérimentalement, ce qui suggère que ce n'est qu'une théorie effective à basse énergie. De manière plus importante, il n'explique pas l'origine de la matière noire ou de l'énergie noire observées expérimentalement. Alors que les physiciens théoriciens cherchent à résoudre ces problèmes en élaborant de nouveaux modèles, les expérimentateurs essaient de mettre en évidence de la physique au delà du MS, ou 'nouvelle physique', soit via des mesures de précision qui pourraient, ensemble, mettre en défaut le MS, soit via des recherches directes de nouvelles particules. L'objet de cette thèse est de mener une telle recherche directe au LHC dans le canal en deux photons et dans une gamme de masse encore inexplorée.

En 2012, les collaborations ATLAS et CMS au LHC ont découvert conjointement un nouveau boson compatible avec le boson de Higgs, à une masse de 125 GeV. L'analyse des données dans le canal en deux photons, un des plus sensibles, avaient alors couvert une gamme de masse entre 110 et 150 GeV. Cependant, dans de nombreux modèles au delà du MS, la possibilité d'une résonance à plus basse masse qui existerait conjointement à la particule découverte à 125 GeV existe (modèles à deux doublets de Higgs par exemple). Il est donc de première importance de rechercher des particules nouvelles au LHC dans la région de masse 'basse'. Le canal en deux photons permet, grâce à la mesure de précision de l'énergie des photons dans le calorimètre électromagnétique de CMS, de mesurer la masse d'une potentielle nouvelle résonance avec une grande précision et est donc bien adapté à ce type de recherche. Les recherches publiées au LHC couvrent une gamme de masse descendant jusqu'à 65 GeV. Cependant des mesures intéressantes sont possibles en principe jusqu'à une dizaine de GeV, comme cela est discuté dans les deux références jointes. Étendre au maximum la gamme de masse vers le bas est ce que propose ce sujet de thèse.

Le moment est parfaitement choisi pour mener à bien ce sujet. Le run 3 du LHC devrait commencer dans la première moitié de 2022 et permettre d'acquérir environ 130 fb-1 de nouvelles données. Cette recherche à très basse masse n'a jamais été faite dans CMS. Les triggers du run 2 n'étaient pas optimisés pour une telle recherche, leur coupure en impulsion transverse étant trop haute pour avoir une bonne efficacité. Au run 3, la possibilité d'adapter le trigger reste ouverte. De plus, les données du run 2 peuvent tout de même être utilisées pour mettre une limite dans cette région complètement vierge, grâce aux événements boostés. Cette recherche ambitieuse est d'ailleurs en cours dans ATLAS, bien que pas encore publique.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master de physique subatomique

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service de Physique des Particules
Groupe CMS (CMS)
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2021
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Julie Malcles  

CEA
DRF/IRFU/DPHP/CMS
CEA SACLAY- SPP - Bat 141
91191 Gif-Sur-Yvette

Téléphone : +33 1 69 08 86 83

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
PHENIICS
DIRECTEUR DE THÈSE

Fabrice COUDERC

CEA
DRF/IRFU/DPHP/CMS
CEA-Saclay Irfu/SPP