Measurement of the distributions of event-by-event flow harmonics in lead-lead collisions at = 2.76 TeV with the ATLAS detector at the LHC

The distributions of event-by-event harmonic flow coefficients v_n for n=2-4 are measured in sqrt(s_NN)=2.76 TeV Pb+Pb collisions using the ATLAS detector at the LHC. The measurements are performed using charged particles with transverse momentum pT> 0.5 GeV and in the pseudorapidity range |eta|<2.5 in a dataset of approximately 7 ub^-1 recorded in 2010. The shapes of the v_n distributions are described by a two-dimensional Gaussian function for the underlying flow vector in central collisions for v_2 and over most of the measured centrality range for v_3 and v_4. Significant deviations from this function are observed for v_2 in mid-central and peripheral collisions, and a small deviation is observed for v_3 in mid-central collisions. It is shown that the commonly used multi-particle cumulants are insensitive to the deviations for v_2. The v_n distributions are also measured independently for charged particles with 0.51 GeV. When these distributions are rescaled to the same mean values, the adjusted shapes are found to be nearly the same for these two pT ranges. The v_n distributions are compared with the eccentricity distributions from two models for the initial collision geometry: a Glauber model and a model that includes corrections to the initial geometry due to gluon saturation effects. Both models fail to describe the experimental data consistently over most of the measured centrality range.

Single hadron response measurement and calorimeter jet energy scale uncertainty with the ATLAS detector at the LHC

The uncertainty on the calorimeter energy response to jets of particles is derived for the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC). First, the calorimeter response to single isolated charged hadrons is measured and compared to the Monte Carlo simulation using proton-proton collisions at centre-of-mass energies of root s = 900 GeV and 7 TeV collected during 2009 and 2010. Then, using the decay of K-s and Lambda particles, the calorimeter response to specific types of particles (positively and negatively charged pions, protons, and anti-protons) is measured and compared to the Monte Carlo predictions. Finally, the jet energy scale uncertainty is determined by propagating the response uncertainty for single charged and neutral particles to jets. The response uncertainty is 2-5 % for central isolated hadrons and 1-3 % for the final calorimeter jet energy scale.

Improved luminosity determination in pp collisions at sqrts = 7 TeV using the ATLAS detector at the LHC

The luminosity calibration for the ATLAS detector at the LHC during pp collisions at root s = 7 TeV in 2010 and 2011 is presented. Evaluation of the luminosity scale is performed using several luminosity-sensitive detectors, and comparisons are made of the long-term stability and accuracy of this calibration applied to the pp collisions at root s = 7 TeV. A luminosity uncertainty of delta L/L = +/- 3.5 % is obtained for the 47 pb(-1) of data delivered to ATLAS in 2010, and an uncertainty of delta L/L = +/- 1.8 % is obtained for the 5.5 fb(-1) delivered in 2011.

Search for nonpointing and delayed photons in the diphoton and missing transverse momentum final state in 8 TeV pp collisions at the LHC using the ATLAS detector

A search has been performed, using the full 20.3  fb −1 data sample of 8 TeV proton-proton collisions collected in 2012 with the ATLAS detector at the LHC, for photons originating from a displaced vertex due to the decay of a neutral long-lived particle into a photon and an invisible particle. The analysis investigates the diphoton plus missing transverse momentum final state, and is therefore most sensitive to pair production of long-lived particles. The analysis technique exploits the capabilities of the ATLAS electromagnetic calorimeter to make precise measurements of the flight direction, as well as the time of flight, of photons. No excess is observed over the Standard Model predictions for background. Exclusion limits are set within the context of gauge mediated supersymmetry breaking models, with the lightest neutralino being the next-to-lightest supersymmetric particle and decaying into a photon and gravitino with a lifetime in the range from 250 ps to about 100 ns.

Measurement of the muon reconstruction performance of the ATLAS detector using 2011 and 2012 LHC proton-proton collision data

This paper presents the performance of the ATLAS muon reconstruction during the LHC run with pp collisions at √s = 7–8 TeV in 2011–2012, focusing mainly on data collected in 2012. Measurements of the reconstruction efficiency and of the momentum scale and resolution, based on large reference samples of J/ψ → μμ, Z → μμ and ϒ → μμ decays, are presented and compared to Monte Carlo simulations. Corrections to the simulation, to be used in physics analysis, are provided. Over most of the covered phase space (muon |η| < 2.7 and 5 ≲ pT ≲ 100 GeV) the efficiency is above 99% and is measured with per-mille precision. The momentum resolution ranges from 1.7% at central rapidity and for transverse momentum pT ≅ 10 GeV, to 4% at large rapidity and pT ≅ 100 GeV. The momentum scale is known with an uncertainty of 0.05% to 0.2% depending on rapidity. A method for the recovery of final state radiation from the muons is also presented.

Electron reconstruction and identification efficiency measurements with the ATLAS detector using the 2011 LHC proton-proton collision data

Many of the interesting physics processes to be measured at the LHC have a signature involving one or more isolated electrons. The electron reconstruction and identification efficiencies of the ATLAS detector at the LHC have been evaluated using proton–proton collision data collected in 2011 at √s = 7 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 4.7 fb−1. Tag-and-probe methods using events with leptonic decays of W and Z bosons and J/ψ mesons are employed to benchmark these performance parameters. The combination of all measurements results in identification efficiencies determined with an accuracy at the few per mil level for electron transverse energy greater than 30 GeV.

Détection des événements de "Minimum Bias" et neutrons avec les détecteurs ATLAS-MPX par simulations

Un réseau de seize détecteurs ATLAS-MPX a été mis en opération dans le détecteur ATLAS au LHC du CERN. Les détecteurs ATLAS-MPX sont sensibles au champ mixte de radiation de photons et d’électrons dans la caverne d’ATLAS et sont recouverts de convertisseurs de fluorure de lithium et de polyéthylène pour augmenter l’efficacité de détection des neutrons thermiques et des neutrons rapides respectivement. Les collisions à haute énergie sont dominées par des interactions partoniques avec petit moment transverse pT , associés à des événements de “minimum bias”. Dans notre cas la collision proton-proton se produit avec une énergie de 7 TeV dans le centre de masse avec une luminosité de 10³⁴cm⁻²s⁻¹ telle que fixée dans les simulations. On utilise la simulation des événements de "minimum bias" générés par PYTHIA en utilisant le cadre Athena qui fait une simulation GEANT4 complète du détecteur ATLAS pour mesurer le nombre de photons, d’électrons, des muons qui peuvent atteindre les détecteurs ATLASMPX dont les positions de chaque détecteur sont incluses dans les algorithmes d’Athena. Nous mesurons les flux de neutrons thermiques et rapides, générés par GCALOR, dans les régions de fluorure de lithium et de polyéthylène respectivement. Les résultats des événements de “minimum bias” et les flux de neutrons thermiques et rapides obtenus des simulations sont comparés aux mesures réelles des détecteurs ATLAS-MPX.

Implémentation de la répartition de charge et du mode TOT pour la simulation d’un détecteur Timepix à pixels

Les détecteurs à pixels Medipix ont été développés par la collaboration Medipix et permettent de faire de l'imagerie en temps réel. Leur surface active de près de $2\cm^2$ est divisée en 65536~pixels de $55\times 55\um^2$ chacun. Seize de ces détecteurs, les Medipix2, sont installés dans l'expérience ATLAS au CERN afin de mesurer en temps réel les champs de radiation produits par les collisions de hadrons au LHC. Ils seront prochainement remplacés par des Timepix, la plus récente version de ces détecteurs, qui permettent de mesurer directement l'énergie déposée dans chaque pixel en mode \textit{time-over-threshold} (TOT) lors du passage d'une particule dans le semi-conducteur. En vue d'améliorer l'analyse des données recueillies avec ces détecteurs Timepix dans ATLAS, un projet de simulation Geant4 a été amorcé par John Id\'{a}rraga à l'Université de Montréal. Dans le cadre de l'expérience ATLAS, cette simulation pourra être utilisée conjointement avec Athena, le programme d'analyse d'ATLAS, et la simulation complète du détecteur ATLAS. Sous l'effet de leur propre répulsion, les porteurs de charge créés dans le semi-conducteur sont diffusés vers les pixels adjacents causant un dépôt d'énergie dans plusieurs pixels sous l'effet du partage de charges. Un modèle effectif de cette diffusion latérale a été développé pour reproduire ce phénomène sans résoudre d'équation différentielle de transport de charge. Ce modèle, ainsi que le mode TOT du Timepix, qui permet de mesurer l'énergie déposée dans le détecteur, ont été inclus dans la simulation afin de reproduire adéquatement les traces laissées par les particules dans le semi-conducteur. On a d'abord étalonné le détecteur pixel par pixel à l'aide d'une source de $\Am$ et de $\Ba$. Ensuite, on a validé la simulation à l'aide de mesures d'interactions de protons et de particules $\alpha$ produits au générateur Tandem van de Graaff du Laboratoire René-J.-A.-Lévesque de l'Université de Montréal.

The Search for New Resonances in Strong Symmetry Breaking Scenarios with the ATLAS Detector

Utilisant les plus récentes données recueillies par le détecteur ATLAS lors de collisions pp à 7 et 8 TeV au LHC, cette thèse établira des contraintes sévères sur une multitude de modèles allant au-delà du modèle standard (MS) de la physique des particules. Plus particulièrement, deux types de particules hypothétiques, existant dans divers modèles théoriques et qui ne sont pas présentes dans le MS, seront étudiés et sondés. Le premier type étudié sera les quarks-vectoriels (QV) produits lors de collisions pp par l’entremise de couplages électrofaibles avec les quarks légers u et d. On recherchera ces QV lorsqu’ils se désintègrent en un boson W ou Z, et un quark léger. Des arguments théoriques établissent que sous certaines conditions raisonnables la production simple dominerait la production en paires des QV. La topologie particulière des évènements en production simple des QV permettra alors la mise en oeuvre de techniques d’optimisation efficaces pour leur extraction des bruits de fond électrofaibles. Le deuxième type de particules recherché sera celles qui se désintègrent en WZ lorsque ces bosons de jauges W, et Z se désintègrent leptoniquement. Les états finaux détectés par ATLAS seront par conséquent des évènements ayant trois leptons et de l’énergie transverse manquante. La distribution de la masse invariante de ces objets sera alors examinée pour déterminer la présence ou non de nouvelles résonances qui se manifesterait par un excès localisé. Malgré le fait qu’à première vue ces deux nouveaux types de particules n’ont que très peu en commun, ils ont en réalité tous deux un lien étroit avec la brisure de symétrie électrofaible. Dans plusieurs modèles théoriques, l’existence hypothétique des QV est proposé pour annuler les contributions du quark top aux corrections radiatives de la masse du Higgs du MS. Parallèlement, d’autres modèles prédisent quant à eux des résonances en WZ tout en suggérant que le Higgs est une particule composite, chambardant ainsi tout le sector Higgs du MS. Ainsi, les deux analyses présentées dans cette thèse ont un lien fondamental avec la nature même du Higgs, élargissant par le fait même nos connaissances sur l’origine de la masse intrinsèque des particules. En fin de compte, les deux analyses n’ont pas observé d’excès significatif dans leurs régions de signal respectives, ce qui permet d’établir des limites sur la section efficace de production en fonction de la masse des résonances.