Revue des projets de l’AAPG 2016 « Physique Subatomique et Physique théorique » PhotonPortal Eclairer la Physique au delà du Modèle Standard au Run 2 du LHC avec les photons (2016 - 2020)

1. Revue des projets de l’AAPG 2016
« Physique Subatomique et Physique théorique »
PhotonPortal
Eclairer la Physique au delà du Modèle
Standard au Run 2 du LHC avec les photons
(2016 - 2020)
http://lappweb.in2p3.fr/photonportal/

2. Présentation du projet
• Thématiques
• Recherche directe et indirecte de nouvelle physique au
LHC avec l’expérience ATLAS avec le canal Hàγγ et autres
états finaux avec photons
• Partenaires
• LAPP Annecy-le-Vieux
• Coordinateur: Marco Delmastro
• LPNHE Paris
• Responsable local: Giovanni Marchiori
• LAL Orsay
• Responsable local: Louis Fayard
• Aide allouée
• 484 760 € (3 post-docs expérimentés + frais missions)
2

3. Etat de l’art: le boson de Higgs
HHiggs boson
2012: CERN
UN MODELE STANDARD
BEAUCOUP DES
QUESTIONS OUVERTES
[GeV]γγm
110 120 130 140 150 160
weights-fittedbkg∑
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
weights/GeV∑
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Data
Combined fit:
Signal+background
Background
Signal
= 7 TeVs-1
Ldt = 4.5 fb∫
= 8 TeVs-1
Ldt = 20.3 fb∫
s/b weighted sum
Mass measurement categories
ATLAS
HHiggs boson
2012: CERN
2012
3

4. Etat de l’art: le LHC
Run1 (2010-2012): découverte du boson de Higgs ( 20 fb-1√s = 8 TeV)
Run2 (2015-2018): 15 fois plus de signal (140 fb-1 √s = 13 TeV)
4
L’accélérateur de particules le plus puissant du monde…

5. Etat de l’art: ATLAS
Le détecteur de particules le plus grand du monde
Le seul avec CMS à mener ce type de recherches
5

6. Etat de l’art: Hàγγ
6

7. Etat de l’art: le boson de Higgs
HHiggs boson
2012: CERN
UN MODELE STANDARD
BEAUCOUP DES
QUESTIONS OUVERTES
HHiggs boson
2012: CERN
2018
7

8. Objectifs du projet
A
Recherche directe de nouvelle physique au delà du
Modèle Standard dans des états finaux avec des
photons (sans production du H)
B
Recherche directe de nouvelle physique dans la
production du boson de Higgs (se désintégrant en
deux photons) en association avec des jets, des
leptons et de l’énergie transverse manquante
C
Recherche indirecte de nouvelle physique à
travers la mesure de précision des propriétés du
boson de Higgs dans les désintégrations Hàyy
8

9. Un projet complet…
1
Etalonnage
amélioré du
calorimètre
EM d’ATLAS
2
Etalonnage
amélioré de
la réponse
des photons
3
Sélection des
photons et
rejections des
“fakes”
Axes Collaboratifs (CA)
Taches
Transversales
(TT)
1
Recherche directe de
nouvelle physique
avec des di-photons 2
Désintégrations rares
du Higgs, signatures
exotiques
3
H → γγ en association
avec des jets, des
leptons ou de la MET 4
Mesure de précision
des propriétés du Higgs
avec H → γγ
9

10. Un projet complet…
1
Recherche directe de
NP avec des
di-photons
2
Désintégrations rares
du Higgs, signatures
exotiques
3
H → γγ en association
avec des jets, des
leptons ou de la MET
4
Mesure de précision
des propriétés du boson
de Higgs avec H → γγ
A
Recherche de
nouvelle physique au
delà du MS dans des
états finaux avec des
photons
B
Mesure de la production du boson
de Higgs in association avec des jets,
des leptons e de l’energie transverse
manquante avec la désintégration
Hàyy, pour la recherche directe de
nouvelle physique
C
Mesure de précision des
propriétés du boson de
Higgs avec la désintégration
Hàyy pour la recherche
indirecte de nouvelle
physique
10

11. Un projet évolutif…
LHC Run 2 13 TeV LHC Long Shutdown 2
2016-2 2017-1 2017-2 2018-1 2018-2 2019-1 2019-2 2020-1 2020-2
TT1
TT1.a
TT1.b
TT2
TT2.a
TT2.b
TT2.c
TT3
TT3.a
TT3.b
CA1
CA1.a
CA1.b
CA1.c
CA2
CA2.a
CA2.b
CA3
CA3.a
CA3.b
CA3.c
CA4
CA4.a
CA4.b
CA4.c
CA4.d
LAL
Post-doc LAPP
LPNHE LPNHE
Démarrage scientifique État à mi-parcours
11

12. Des collaborateurs qualifiés…
Ioannis Nomidis
Postdoc au LPNHE Paris, 2017-2019
Responsable dans ATLAS de la
recherche de nouvelle résonances Xàγγ
Sections efficaces de production Hàyy
Ana Cueto
Postdoc au LAPP Annecy, 2018-2020
Responsable dans le group ATLAS Hà yy
de la modélisation Higgs par simulation
Interprétation EFT des mesures Higgs
David Delgove
Postdoc au LAL Orsay, 2017-2019
Responsable dans ATLAS de la
recherche du signal di-Higgs HH→γγbb
12

13. Aperçu de quelques résultats…
1 Recherche directe
de NP avec des
di-photons
2 Désintégrations
rares du Higgs,
signatures exotiques
Phys. Lett. B 775 (2017) 105
JHEP 10 (2017) 129
13

14. 4
Mesure de précision des
propriétés du boson de
Higgs avec H → γγ
3
H → γγ en association avec
des jets, des leptons ou de
la MET
Phys. Rev. D 96 (2017) 112004
Phys. Lett. B 784 (2018) 345
14
Aperçu de quelques résultats…

15. 4
Mesure de précision des
propriétés du boson de
Higgs avec H → γγ
Phys. Lett. B 784 (2018) 173
15
Aperçu de quelques résultats…

16. Production scientifique
• Publications parues sous presse
ATLAS Collaboration, Measurement of the photon identification efficiencies with the
ATLAS detector using LHC Run 2 data collected in 2015 and 2016, Submitted to: Eur.
Phys. J. (2018),arXiv:1810.05087 [hep-ex].
ATLAS Collaboration, Electron and photon energy calibration with the ATLAS detector
using 2015-2016 LHC proton-proton collision data, Submitted to: JINST
(2018), arXiv:1812.03848 [hep-ex].
ATLAS Collaboration, Observation of Higgs boson production in association with a top
quark pair at the LHC with the ATLAS detector, Phys. Lett. B784 (2018) 173--
191, arXiv:1806.00425 [hep-ex].
ATLAS Collaboration, Measurement of the Higgs boson mass in the H->ZZ* ->4 and H -
> γγ channels with sqrt(s)=13 TeV pp collisions using the ATLAS detector, Phys.
Lett. B784 (2018) 345--366,arXiv:1806.00242 [hep-ex].
ATLAS Collaboration, Measurements of Higgs boson properties in the diphoton decay
channel with 36 fb-1 of pp collision data at sqrt(s) = 13 TeV with the ATLAS
detector, Phys. Rev. D98 (2018) 052005, arXiv:1802.04146 [hep-ex].
16

17. Production scientifique
ATLAS Collaboration, Search for Higgs boson pair production in the γγbb final state with
13 TeV pp collision data collected by the ATLAS experiment, JHEP 11 (2018)
040, arXiv:1807.04873 [hep-ex].
ATLAS Collaboration, Search for dark matter in association with a Higgs boson decaying
to two photons at sqrt(s) = 13 TeV with the ATLAS detector, Phys. Rev. D 96 (2017)
112004, arXiv:1706.03948 [hep-ex].
ATLAS Collaboration, Searches for the Zγ decay mode of the Higgs boson and for new
high-mass resonances in pp collisions at sqrt(s) = 13 TeV with the ATLAS
detector, JHEP 1710 (2017) 112, arXiv:1708.00212 [hep-ex].
ATLAS Collaboration, Search for new phenomena in high-mass diphoton final states
using 37 fb-1 of proton--proton collisions collected at sqrt(s)=13 TeV with the ATLAS
detector, Phys. Lett. B775 (2017) 105--125,arXiv:1707.04147 [hep-ex].
ATLAS Collaboration, Search for top quark decays t->qH, with H->γγ, in sqrt(s)=13
TeV pp collisions using the ATLAS detector, JHEP 10 (2017) 129, arXiv:1707.01404 [hep-
ex].
ATLAS Collaboration, Search for photonic signatures of gauge-mediated
supersymmetry in 13 TeV ppcollisions with the ATLAS detector, Phys. Rev. D97 (2018)
092006, arXiv:1802.03158 [hep-ex].
17

18. Production scientifique
• Résultats aux conférences internationales
ATLAS Collaboration, Search for resonances in the 65 to 110 GeV diphoton invariant mass range
using 80 fb^-1 of pp collisions collected at sqrt(s)=13 TeV with the ATLAS detector,
https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2018-025/.
ATLAS Collaboration, Measurement of Higgs boson properties in the diphoton decay channel using
80 fb-1 of pp collision data at sqrt(s) = 13 TeV with the ATLAS detector,
https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2018-028/.
ATLAS Collaboration, Measurements of Higgs boson properties in the diphoton decay channel with
36.1 fb-1pp collision data at the center-of-mass energy of 13 TeV with the ATLAS detector,
https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2017-045/.
ATLAS Collaboration, Measurement of the Higgs boson mass in the H->ZZ*->4 and H->γγ channels
with sqrt(s)=13TeV pp collisions using the ATLAS detector,
https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2017-046/.
ATLAS Collaboration, Search for new phenomena in events with missing transverse momentum
and a Higgs boson decaying into two photons at sqrt(s) = 13 TeV with the ATLAS detector,
https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2017-024/.
18

19. http://lappweb.in2p3.fr/photonportal/
19

20. Bilan a mi-parcours
• Les objectifs initiaux ont été remplis, et même
dépassés!
• Recrutement d’excellents post-docs, qui ont vite pris
d’important rôles de responsabilité dans les activité
visées par le projet
• Rejoindre nos équipes dans les laboratoires français est
très recherché par des jeunes chercheurs internationaux…
• Activités de préparation des analyses des données du
Run 2 du LHC presque finies
• Publication des performance combinées pour électrons et
photon en cours…
• Une vaste production scientifique
• Pas de nouvelle physique, mais nous ne contrôlons pas ca…
20

21. Perspectives et suites éventuelles
• Mesures de précision dans le secteur du Higgs
• L’étude des propriétés du boson de Higgs reste la meilleure
chance d’isoler des signes de nouvelle physique au Run 2
• L’analise des 140 fb-1 aura lieu d’ici 2020…
• Collaborations internationales
• Expérimentateurs, théoriciens
• Renforcement du rôle leader de le recherche française en
HEP
• Opportunités concrètes de carrière pour les jeunes
chercheurs français dans la physique de hautes énergies
• Education et formation des étudiants en thèse
• Des futurs projet(s) ANR?
21

22. Futur(s) projet(s) ANR?
i
y
-3
10
-2
10
-1
10
1
Z
W
t
b
τ
µ
ATLAS Simulation Preliminary
= 14 TeVs
νlνl→WW*→4l, h→ZZ*→, hγγ→h
γZ→, hµµ→bb, h→, hττ→h
]µκ,τκ,bκ,tκ,Wκ,Zκ[
=0i,uBR
-1
dt = 300 fbL∫
-1
dt = 3000 fbL∫
[GeV]im
-1
10 1 10 2
10
RatiotoSM
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1-
10 1 10 2
10
Particle mass [GeV]
4-
10
3-
10
2-
10
1-
10
1
v
Vm
Vkorv
Fm
Fk
PreliminaryATLAS
1-
= 13 TeV, 36.1 - 79.8 fbs
| < 2.5
H
y= 125.09 GeV, |Hm
µ
t b
W
Z
t
SM Higgs boson
22

23. Futur(s) projet(s) ANR?
JHEP11(2018)040
2018 2037
23