Constraints on new phenomena via Higgs boson couplings and invisible decays with the ATLAS detector

The ATLAS experiment at the LHC has measured the Higgs boson couplings and mass, and searched for invisible Higgs boson decays, using multiple production and decay channels with up to 4.7 fb−1 of pp collision data at √s=7 TeV and 20.3 fb−1 at √s=8 TeV. In the current study, the measured production and decay rates of the observed Higgs boson in the γγ, ZZ, W W , Zγ, bb, τ τ , and μμ decay channels, along with results from the associated production of a Higgs boson with a top-quark pair, are used to probe the scaling of the couplings with mass. Limits are set on parameters in extensions of the Standard Model including a composite Higgs boson, an additional electroweak singlet, and two-Higgs-doublet models. Together with the measured mass of the scalar Higgs boson in the γγ and ZZ decay modes, a lower limit is set on the pseudoscalar Higgs boson mass of m A > 370 GeV in the “hMSSM” simplified Minimal Supersymmetric Standard Model. Results from direct searches for heavy Higgs bosons are also interpreted in the hMSSM. Direct searches for invisible Higgs boson decays in the vector-boson fusion and associated production of a Higgs boson with W/Z (Z → ℓℓ, W/Z → jj) modes are statistically combined to set an upper limit on the Higgs boson invisible branching ratio of 0.25. The use of the measured visible decay rates in a more general coupling fit improves the upper limit to 0.23, constraining a Higgs portal model of dark matter.

Summary of the ATLAS experiment's sensitivity to supersymmetry after LHC Run 1-interpreted in the phenomenological MSSM

A summary of the constraints from the ATLAS experiment on R-parity-conserving supersymmetry is presented. Results from 22 separate ATLAS searches are considered, each based on analysis of up to 20.3 fb−1 of proton-proton collision data at centre-of-mass energies of s√=7 and 8 TeV at the Large Hadron Collider. The results are interpreted in the context of the 19-parameter phenomenological minimal supersymmetric standard model, in which the lightest supersymmetric particle is a neutralino, taking into account constraints from previous precision electroweak and flavour measurements as well as from dark matter related measurements. The results are presented in terms of constraints on supersymmetric particle masses and are compared to limits from simplified models. The impact of ATLAS searches on parameters such as the dark matter relic density, the couplings of the observed Higgs boson, and the degree of electroweak fine-tuning is also shown. Spectra for surviving supersymmetry model points with low fine-tunings are presented.

The Besançon Galaxy Model renewed. I. Constraints on the Galactic thin disc evolution from Tycho data

Context. The understanding of Galaxy evolution can be facilitated by the use of population synthesis models, which allow to test hypotheses on the star formation history, star evolution, as well as chemical and dynamical evolution of the Galaxy. Aims. The new version of the Besanc¸on Galaxy Model (hereafter BGM) aims to provide a more flexible and powerful tool to investigate the Initial Mass Function (IMF) and Star Formation Rate (SFR) of the Galactic disc. Methods. We present a new strategy for the generation of thin disc stars which assumes the IMF, SFR and evolutionary tracks as free parameters. We have updated most of the ingredients for the star count production and, for the first time, binary stars are generated in a consistent way. We keep in this new scheme the local dynamical self-consistency as in Bienayme et al (1987). We then compare simulations from the new model with Tycho-2 data and the local luminosity function, as a first test to verify and constrain the new ingredients. The effects of changing thirteen different ingredients of the model are systematically studied. Results. For the first time, a full sky comparison is performed between BGM and data. This strategy allows to constrain the IMF slope at high masses which is found to be close to 3.0, excluding a shallower slope such as Salpeter"s one. The SFR is found decreasing whatever IMF is assumed. The model is compatible with a local dark matter density of 0.011 M pc−3 implying that there is no compelling evidence for significant amount of dark matter in the disc. While the model is fitted to Tycho2 data, a magnitude limited sample with V<11, we check that it is still consistent with fainter stars. Conclusions. The new model constitutes a new basis for further comparisons with large scale surveys and is being prepared to become a powerful tool for the analysis of the Gaia mission data.

The Besançon Galaxy Model renewed. I. Constraints on the Galactic thin disc evolution from Tycho data

Context. The understanding of Galaxy evolution can be facilitated by the use of population synthesis models, which allow to test hypotheses on the star formation history, star evolution, as well as chemical and dynamical evolution of the Galaxy. Aims. The new version of the Besanc¸on Galaxy Model (hereafter BGM) aims to provide a more flexible and powerful tool to investigate the Initial Mass Function (IMF) and Star Formation Rate (SFR) of the Galactic disc. Methods. We present a new strategy for the generation of thin disc stars which assumes the IMF, SFR and evolutionary tracks as free parameters. We have updated most of the ingredients for the star count production and, for the first time, binary stars are generated in a consistent way. We keep in this new scheme the local dynamical self-consistency as in Bienayme et al (1987). We then compare simulations from the new model with Tycho-2 data and the local luminosity function, as a first test to verify and constrain the new ingredients. The effects of changing thirteen different ingredients of the model are systematically studied. Results. For the first time, a full sky comparison is performed between BGM and data. This strategy allows to constrain the IMF slope at high masses which is found to be close to 3.0, excluding a shallower slope such as Salpeter"s one. The SFR is found decreasing whatever IMF is assumed. The model is compatible with a local dark matter density of 0.011 M pc−3 implying that there is no compelling evidence for significant amount of dark matter in the disc. While the model is fitted to Tycho2 data, a magnitude limited sample with V<11, we check that it is still consistent with fainter stars. Conclusions. The new model constitutes a new basis for further comparisons with large scale surveys and is being prepared to become a powerful tool for the analysis of the Gaia mission data.

Discrimination d'événements par analyse des signaux enregistrés par le projet PICASSO

La matière sombre est un mystère dans le domaine de l’astrophysique depuis déjà plusieurs années. De nombreuses observations montrent que jusqu’à 85 % de la masse gravitationnelle totale de l’univers serait composée de cette matière de nature inconnue. Une théorie expliquant cette masse manquante considérerait les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), particules stables, non chargées, prédites par des extensions du modèle standard, comme candidats. Le projet PICASSO (Projet d’Identification des CAndidats Supersymétriques à la matière Sombre) est une expérience qui tente de détecter directement le WIMP. Le projet utilise des détecteurs à gouttelettes de fréon (C4F10) surchauffées. La collision entre un WIMP et le noyau de fluor crée un recul nucléaire qui cause à son tour une transition de phase de la gouttelette liquide à une bulle gazeuse. Le bruit de ce phénomène est alors capté par des senseurs piézoélectriques montés sur les parois des détecteurs. Le WIMP n’est cependant pas la seule particule pouvant causer une telle transition de phase. D’autres particules environnantes peuvent former des bulles, telles les particules alpha où même des rayons gamma . Le système d’acquisition de données (DAQ) est aussi en proie à du bruit électronique qui peut être enregistré, ainsi que sensible à du bruit acoustique extérieur au détecteur. Finalement, des fractures dans le polymère qui tient les gouttelettes en place peut également causer des transitions de phase spontanées. Il faut donc minimiser l’impact de tous ces différents bruit de fond. La pureté du matériel utilisé dans la fabrication des détecteurs devient alors très importante. On fait aussi appel à des méthodes qui impliquent l’utilisation de variables de discrimination développées dans le but d’améliorer les limites d’exclusion de détection du WIMP.

Spectro-imagerie optique à faible flux et comparaison de la cinématique Ha et HI d'un échantillon de galaxies proches

Un nouveau contrôleur de EMCCD (Electron multiplying Charge Coupled Device) est présenté. Il permet de diminuer significativement le bruit qui domine lorsque la puce EMCCD est utilisé pour du comptage de photons: le bruit d'injection de charge. À l'aide de ce contrôleur, une caméra EMCCD scientifique a été construite, caractérisée en laboratoire et testée à l'observatoire du mont Mégantic. Cette nouvelle caméra permet, entre autres, de réaliser des observations de la cinématique des galaxies par spectroscopie de champ intégral par interférométrie de Fabry-Perot en lumière Ha beaucoup plus rapidement, ou de galaxies de plus faible luminosité, que les caméras à comptage de photon basées sur des tubes amplificateurs. Le temps d'intégration nécessaire à l'obtention d'un rapport signal sur bruit donné est environ 4 fois moindre qu'avec les anciennes caméras. Les applications d'un tel appareil d'imagerie sont nombreuses: photométrie rapide et faible flux, spectroscopie à haute résolution spectrale et temporelle, imagerie limitée par la diffraction à partir de télescopes terrestres (lucky imaging), etc. D'un point de vue technique, la caméra est dominée par le bruit de Poisson pour les flux lumineux supérieurs à 0.002 photon/pixel/image. D'un autre côté, la raie d'hydrogène neutre (HI) à 21 cm a souvent été utilisée pour étudier la cinématique des galaxies. L'hydrogène neutre a l'avantage de se retrouver en quantité détectable au-delà du disque optique des galaxies. Cependant, la résolution spatiale de ces observations est moindre que leurs équivalents réalisés en lumière visible. Lors de la comparaison des données HI, avec des données à plus haute résolution, certaines différences étaient simplement attribuées à la faible résolution des observations HI. Le projet THINGS (The HI Nearby Galaxy Survey a observé plusieurs galaxies de l'échantillon SINGS (Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey). Les données cinématiques du projet THIGNS seront comparées aux données cinématiques obtenues en lumière Ha, afin de déterminer si la seule différence de résolution spatiale peut expliquer les différences observées. Les résultats montrent que des différences intrinsèques aux traceurs utilisées (hydrogène neutre ou ionisé), sont responsables de dissemblances importantes. La compréhension de ces particularités est importante: la distribution de la matière sombre, dérivée de la rotation des galaxies, est un test de certains modèles cosmologiques.

Fabrication et caractérisation de détecteurs à gouttelettes en surchauffe à bas bruit de fond au sein du projet PICASSO

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Études Monte Carlo des mesures d'étalonnage aux neutrons et aux particules alpha du détecteur PICASSO

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Analyse cinématique de l'hydrogène ionisé et étude du gaz ionisé diffus de trois galaxies du Groupe Sculpteur : NGC253, NGC300 et NGC247

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Analyse des données et étude systématique de la réponse des détecteurs dans le cadre du projet PICASSO

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Nouvelles limites sur la détection directe de la matière sombre avec l’expérience PICASSO

Les observations astronomiques et cosmologiques suggèrent fortement la présence d’une matière exotique, non-relativiste et non-baryonique qui représenterait 26% du contenu de masse-énergie de l’Univers actuel. Cette matière dite sombre et froide serait compo- sée de particules neutres, massives et interagissant faiblement avec la matière ordinaire (WIMP : Weakly Interactive Massive Particles). Le projet PICASSO (Projet d’Identification des CAndidats Supersymétriques de la matière SOmbre) est une des expériences installées dans le site souterrain de SNOLAB à Sudbury en Ontario, qui tente de détecter directement un des candidats de la matière sombre, proposé dans le cadre des extensions supersymétriques du modèle standard : le neutralino. Pour cela, PICASSO utilise des détecteurs à gouttelettes surchauffées de C4F10, basés sur le principe de la chambre à bulles. Les transitions de phase dans les liquides surchauffés peuvent être déclenchées par le recul du 19 F, causé par une collision élastique avec les neutralinos. La nucléation de la gouttelette génère une onde sonore enregistrée par des senseurs piézo-électriques. Cette thèse présentera les récents progrès de l’expérience PICASSO qui ont conduit à une augmentation substantielle de sa sensibilité dans la recherche du neutralino. En effet, de nouvelles procédures de fabrication et de purification ont permis de réduire à un facteur de 10, la contamination majeure des détecteurs, causée par les émetteurs alpha. L’étude de cette contamination dans les détecteurs a permis de localiser la source de ces émetteurs. Les efforts effectués dans le cadre de l’analyse des données, ont permis d’améliorer l’effet de discrimination entre des évènements engendrés par les particules alpha et par les reculs nucléaires. De nouveaux outils d’analyse ont également été implémentés dans le but de discriminer les évènements générés par des particules de ceux générés par des bruits de fond électroniques ou acoustiques. De plus, un mécanisme important de suppression de bruit de fond indésirable à haute température, a permis à l’expérience PICASSO d’être maintenant sensible aux WIMPs de faibles masses.

Étude de la cinématique HI (21cm) et H-Alpha de la galaxie du Triangle (M33).

Latex a été utilisé pour la redaction de cette thèse.

GHASP: an H alpha kinematic survey of spiral and irregular galaxies - IX. The near-infrared, stellar and baryonic Tully-Fisher relations

We studied, for the first time, the near-infrared, stellar and baryonic Tully-Fisher relations for a sample of field galaxies taken from a homogeneous Fabry-Perot sample of galaxies [the Gassendi HAlpha survey of SPirals (GHASP) survey]. The main advantage of GHASP over other samples is that the maximum rotational velocities were estimated from 2D velocity fields, avoiding assumptions about the inclination and position angle of the galaxies. By combining these data with 2MASS photometry, optical colours, HI masses and different mass-to-light ratio estimators, we found a slope of 4.48 +/- 0.38 and 3.64 +/- 0.28 for the stellar and baryonic Tully-Fisher relation, respectively. We found that these values do not change significantly when different mass-to-light ratio recipes were used. We also point out, for the first time, that the rising rotation curves as well as asymmetric rotation curves show a larger dispersion in the Tully-Fisher relation than the flat ones or the symmetric ones. Using the baryonic mass and the optical radius of galaxies, we found that the surface baryonic mass density is almost constant for all the galaxies of this sample. In this study we also emphasize the presence of a break in the NIR Tully-Fisher relation at M(H,K) similar to -20 and we confirm that late-type galaxies present higher total-to-baryonic mass ratios than early-type spirals, suggesting that supernova feedback is actually an important issue in late-type spirals. Due to the well-defined sample selection criteria and the homogeneity of the data analysis, the Tully-Fisher relation for GHASP galaxies can be used as a reference for the study of this relation in other environments and at higher redshifts.