Luka Selem – Soutenance de thèse – 27 sep. 2022

Dans le cadre du modèle standard de la physique des particules, le mécanisme de brisure spontanée de symétrie électrofaible est responsable de l’apparition d’un état de polarisation longitudinale dans les bosons vecteurs massifs W± et Z. L’étude des états de co-polarisation dans les processus dibosons, correspondant à la production de paire de deux de ces bosons vecteurs, constitue un test précis du Modèle Standard car elle permet de sonder indirectement ce mécanisme de brisure de symétrie. Cette thèse étudie le processus diboson W±Z en utilisant les données enregistrées par le détecteur ATLAS pendant le Run 2 du LHC, correspondant à une luminosité intégrée de 139 fb-1 de collisions proton-proton à une énergie de centre de masse de 13 TeV. Le détecteur ATLAS s’appuie sur un système de déclenchement pour gérer la grande quantité de données produites au LHC et être capable de conserver les événements rares tels que ceux provenant des processus dibosons. La mise à niveau de ce système de déclenchement en vue du Run 3 du LHC est également présentée dans cette thèse, en se concentrant sur le nouveau « Digital Trigger » des calorimètres à Argon liquide. Dans le jeu de données du Run 2, les événements de production inclusive W±Z avec désintégration leptonique des deux bosons de jauge en électrons ou muons sont sélectionnés. Dans ces événements, les quatre fractions de co-polarisation, en considérant les états de polarisation longitudinale ou transversale pour chaque boson, sont extraites à l’aide de techniques d’ajustements de modèles à maximum de vraisemblance. 

Les fractions de polarisation n’étant pas des quantités invariantes de Lorentz, elles sont obtenues dans le référentiel du centre de masse W±Z. Un soin particulier est apporté au choix d’une variable discriminante pour l’ajustement des modèles et au développement de modèles de polarisation corrects, en s’appuyant notamment sur des techniques avancées de réseaux de neurones profonds. La production simultanée de paires de bosons vecteurs polarisés longitudinalement est mesurée pour la première fois avec une significance de 7,1 écarts-types. Les fractions de co-polarisation mesurées et intégrées sur la région fiducielle sont f00 = 0.067 ± 0.010, f0T = 0.110 ± 0.029, fT0 = 0.179 ± 0.023 et fTT = 0.644 ± 0.032, en accord avec les prédictions du Modèle Standard les plus précises disponibles. Les fractions de polarisation individuelles des bosons W et Z sont également mesurées séparément et s’avèrent cohérentes avec les fractions de co-polarisation dans la limite des corrélations attendues. Les fractions de polarisation et co-polarisation des bosons sont également mesurées séparément dans les événements W+Z et W-Z.