Doctorat (H/F) - Recherche de nouvelle physique dans la production de paires de bosons à haute énergie par les mesures de polarisation et la théorie des champs effectifs avec les données de l'expérience ATLAS

Description du Poste

Sujet De Thèse

La découverte du boson de Higgs par les expériences ATLAS et CMS en 2012 a complété le Modèle Standard (MS) de la physique des particules en confirmant le mécanisme de brisure spontanée de la symétrie électrofaible. Dans le Modèle Standard, ce mécanisme confère aux bosons vecteurs leur masse ainsi que leur polarisation longitudinale, faisant des mesures de polarisation une sonde directe de la brisure de la symétrie électrofaible et d'éventuels phénomènes au-delà du Modèle Standard. Le boson de Higgs joue notamment un rôle essentiel dans la régulation de la diffusion des bosons vecteurs longitudinalement polarisés à haute énergie, garantissant la préservation de l'unitarité perturbative. Toute déviation des couplages du boson de Higgs prédits par le Modèle Standard nécessiterait l'existence de nouvelles interactions ou de nouvelles résonances afin de restaurer cette unitarité. Si ces nouvelles particules sont trop massives pour être produites directement au LHC, leurs effets pourraient néanmoins être observés indirectement dans les collisions proton-proton, notamment à travers des modifications des distributions cinématiques et de la polarisation des bosons vecteurs aux hautes énergies.
Ce projet porte sur l'étude de la production de paires de bosons vecteurs en association avec deux jets hadroniques vers l'avant, une signature caractéristique de la diffusion de bosons vecteurs (Vector Boson Scattering, VBS). L'analyse se concentrera sur les événements dans lesquels un boson se désintègre de manière hadronique tandis que l'autre se désintègre leptoniquement. Les effets potentiels de nouvelle physique étant attendus principalement dans le régime des hautes énergies, la sélection privilégiera les événements contenant un boson hadronique fortement boosté, dont les produits de désintégration sont reconstruits sous la forme d'un unique jet de grand rayon.
Les effets de nouvelle physique seront interprétés dans le cadre de la théorie des champs effectifs (Effective Field Theory, EFT). Cette approche décrit l'influence de particules trop lourdes pour être produites directement au LHC au moyen d'opérateurs de dimension supérieure ajoutés au lagrangien du Modèle Standard. Les distributions mesurées permettront ainsi de contraindre, de manière largement indépendante des modèles, les coefficients de ces opérateurs effectifs. Les contributions EFT étant particulièrement importantes dans les queues à haute énergie des distributions cinématiques, les mesures de production de paires de bosons à haute énergie offrent une sensibilité particulièrement élevée à ces effets. Une attention particulière sera portée aux opérateurs EFT modifiant la composition en polarisation des bosons vecteurs. Le ou la doctorant(e) développera une méthode innovante de contrainte des paramètres EFT fondée sur un classifieur multivarié combinant plusieurs observables cinématiques et angulaires.
Le projet vise également à mesurer les fractions de polarisation des bosons vecteurs dans la région cinématique de haute énergie caractéristique de la diffusion de bosons vecteurs. Les mesures existantes se sont principalement concentrées sur les désintégrations leptoniques, pour lesquelles l'information sur la polarisation est directement accessible à partir des leptons, mais elles restent limitées par les faibles statistiques dans le régime des hautes énergies. L'étude des désintégrations hadroniques de bosons fortement boostés permettra d'étendre ces mesures à des énergies plus élevées et à des échantillons statistiques plus importants, au prix d'un environnement expérimental plus complexe. Les informations issues de la sous-structure des jets (subjets), combinées à des techniques d'apprentissage automatique, seront exploitées afin d'améliorer la discrimination entre les différents états de polarisation.
L'analyse utilisera l'ensemble des données collectées par l'expérience ATLAS durant les périodes Run 2 et Run 3 du LHC. Des études prospectives pourront également être menées afin d'évaluer les performances attendues au HL-LHC.
La thèse sera réalisée en étroite collaboration avec le laboratoire ILANCE, également fortement impliqué dans ces thématiques de recherche. L'Université de Tokyo possède une expertise reconnue dans le domaine de la reconstruction des jets et joue un rôle majeur dans les analyses VBS semi-leptoniques. Le renforcement de cette collaboration permettra de développer ces études dans le contexte du Run 3 et de préparer le programme scientifique du HL-LHC.

Votre Environnement de Travail

La thèse sera réalisée au sein du Laboratoire des 2 Infinis – Toulouse (L2IT), dans le groupe ATLAS, en étroite collaboration avec le laboratoire franco-japonais ILANCE et l'Université de Tokyo. Le ou la doctorant(e) intégrera une collaboration internationale de grande envergure et participera aux activités de l'expérience ATLAS au CERN.

Le travail portera sur l'analyse des données des périodes Run 2 et Run 3 du LHC, avec des perspectives vers le programme du High-Luminosity LHC (HL-LHC).

Contraintes et risques

Le projet nécessite une bonne maîtrise de la programmation scientifique (Python, C++), des méthodes d'analyse statistique et du traitement de grands volumes de données. Le ou la doctorant(e) travaillera dans un environnement de calcul distribué (grille de calcul) et devra s'approprier les outils logiciels développés par la collaboration ATLAS.

Le travail s'inscrit dans le calendrier de la collaboration ATLAS, avec des échéances liées aux analyses et aux publications. Des missions ponctuelles au CERN ainsi que des déplacements pour participer à des ateliers et conférences scientifiques sont à prévoir. Aucun risque particulier autre que ceux liés au travail sur écran et à l'utilisation d'équipements informatiques n'est identifié.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

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