Recherche d'un neutrino lourd avec le détecteur ATLAS au LHC

Abstract

Ce mémoire de maîtrise a pour objet une recherche de leptons lourds de quatrième génération avec les données prises par le détecteur ATLAS au LHC dans les collisions pp à $\sqrt{s}$ = 7 TeV et avec une luminosité intégrée de 1.02 fb$^{-1}$. Le processus étudié est la production au singulet de leptons lourds neutres de quatrième génération (N) par la voie du courant chargé suivi de la désintégration du celui-ci en un électron et un boson W : $ pp \to W \to N e \to e W e \to e e \nu_{\ell} \ell $ ($\ell$ = $e$ ou $\mu$), et dépend d'un paramètre de mélange $\xi^{2}$ avec un lepton léger. L'analyse passe par plusieurs étapes, soit l'utilisation de FeynRules pour construire le modèle pour ensuite générer des événements par MadGraph 5.1.2.4.

Comme hypothèse de référence, on a choisi une masse de 100 GeV pour le lepton lourd neutre et $\xi_{Ne}^2$ = 0.19, donnant une section efficace de 0.312 pb pour une énergie au centre de masse de 7 TeV. Puisque la génération du signal s'est faite de manière privée à Montréal et non par la collaboration ATLAS, les résultats ne peuvent pas être reconnus officiellement. Sur la base de la simulation, avec des données correspondant à 1 fb$^{-1}$, la limite supérieure attendue à un niveau de confiance de $95\%$ sur la section efficace du signal est de 0.145 pb avec 0.294 pb pour un écart type($\sigma$) et 0.519 pb pour 2$\sigma$. La limite supérieure attendue à un niveau de confiance de $95\%$ sur $\xi_{Ne}^{2}$ de 0.09 pour une masse de 100 GeV.

This M.Sc. thesis describes a search for fourth generation heavy leptons using data from the ATLAS detector at LHC. The total integrated luminosity is 1.02 fb$^{-1}$ in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 7 TeV. This analysis study the single production of fourth generation neutral heavy lepton (N) via the charged channel and where W decays leptonically : $ pp \to W \to N e \to e W e \to e e \nu_{\ell} \ell $ ($\ell$ = $e$ ou $\mu$), which depends on the mixing element between the heavy lepton and the light lepton. The model of fourth generation leptons is constructed using FeynRules while the production of events is done by MadGraph 5.1.2.4.

As point of reference, we chose a mass of 100 GeV for the fourth generation neutral heavy lepton (N) with $\xi_{Ne}^{2} = 0.19$, which produce a cross section of 0.312 pb. The generation of the signal was done privately in Montreal and not by the ATLAS collaboration. Therefore the results cannot be considered official. With the simulation, the expected superior limit at $95\%$ C.L. on the cross section is 0.145 pb with 0.294 pb for $\sigma$ and 0.519 pb for 2$\sigma$. The expected superior limit at $95\%$ C.L. on $\xi_{Ne}^{2}$ is 0.09.