Description du sujet de thèse

La thèse se déroulera dans le cadre des collaborations ATLAS et FCC. L’expérience ATLAS est installée au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, près de Genève, en Suisse. D’ici la fin de l’année 2026, la prise de données de la 3e exploitation du LHC (2022-2026) intégrera plus de 300 collisions fb-1 de pp à 13,6 TeV. Les exécutions suivantes correspondront à l’opération à haute luminosité jusqu’en 2041 visant à accumuler 3000 fb-1 (« phase à haute luminosité »). Ce large échantillon de données permettra la première observation de la production de di-Higgs et l’accès à l’auto-couplage du boson de Higgs, mais aussi les mesures des couplages du boson de Higgs à d’autres particules élémentaires avec quelques pourcentages de précision, ce qui pourrait valider (ou infirmer) davantage les prédictions du Modèle standard.

Pour poursuivre l’étude du boson de Higgs avec une plus grande précision, au-delà du HL-LHC, un projet e+e- « Usine de Higgs » est recommandé comme priorité pour la communauté européenne de la physique des particules après le LHC. C’est le cas du projet Future Circular Collider (FCC), qui utilisera les collisions e+e- dans sa première phase (FCC-ee) et les collisions proton-proton dans une deuxième phase. Des détecteurs dotés d’excellentes performances de reconstruction et d’identification des particules seront nécessaires pour atteindre une précision bien supérieure à 1 % sur les différents couplages du boson de Higgs. Actuellement, plusieurs projets de R&D visant à développer des détecteurs capables de fournir les performances nécessaires sont en cours.

Cette thèse sera divisée en deux parties :
L’analyse des données de la 3e période d’ATLAS pour la recherche de la production de deux bosons de Higgs pour la mesure de son auto-couplage, désintégration dans bb tautau, avec les données ATLAS de la 3e course, avec une optimisation de la sensibilité de l’analyse par rapport à la 2e course et l’utilisation de techniques d’analyse multivariée pour maximiser la séparation entre le signal et le bruit de fond. Nous visons à obtenir les premières preuves de ce processus avec l’ensemble de données plus large, les techniques d’analyse améliorées de Run3 par rapport à Run2 et la combinaison des différents canaux des résultats d’ATLAS et de CMS. La mesure imposera des contraintes sur l’auto-couplage du boson de Higgs et sur les modèles de physique au-delà du Modèle standard. Le candidat apportera également une contribution aux activités de l’équipe sur le logiciel nécessaire au futur détecteur de poursuite (ITK) pour la mise à niveau à haute luminosité du LHC.

De plus, le candidat contribuera aux études de faisabilité et de R&D en physique du Higgs sur les détecteurs sur FCC-ee. Les mesures attendues de la production de ZH, de l’auto-couplage du boson de Higgs et de la masse du boson de Higgs à FCC-ee seront étudiées en détail. Ces mesures attendues du boson de Higgs serviront de points de référence pour comparer les performances des différentes conceptions et dispositions des détecteurs actuellement à l’étude.

Contexte de travail

Le laboratoire de Astroparticules et Cosmologie (APC) est une unité mixte de recherche associant le CNRS-IN2P3 et l'Université Paris-Cité en particulier, pour un effectif moyen d'environ 200 personnes. Le doctorant recruté travaillera dans le groupe ATLAS/FCC composé de 3 physiciens permanents et de 4 physiciens non-permanents. Le doctorant recruté devra aussi travailler en collaboration avec les personnes de la Collaboration ATLAS hors du laboratoire. Des missions régulières au CERN sont à prévoir dans le cadre du projet de recherche, pour participer aux réunions de collaboration et potentiellement aux opérations des détecteurs.
Il est attendu que le travail aboutisse à une ou plusieurs publications scientifiques. Des communications via des posters ou présentations publiques en conférence sont également prévues. Tous les résultats obtenus dans le cadre des Collaborations ATLAS et FCC sont tenus à être en accès libre une fois publié de même que les algorithmes employés.

Contraintes et risques

La thèse sera rattachée à l’école doctorale ED560, Step’up. Des déplacements au CERN pour les missions scientifiques sont à prévoir.