Thèse Année : 2024

Precise muon momentum calibration and Z mass measurement with the ATLAS experiment, using pp collisions at sqrt(s) = 13 TeV

Etalonnage de précision de l'impulsion des muons et mesure de la masse du boson Z avec l'expérience ATLAS, avec des collisions pp à sqrt(s) = 13 TeV

Résumé

The thesis dives into muon reconstruction in ATLAS experiment, using pp collisions, at center of mass energy sqrt(s) =13 TeV. ATLAS is a multi-purpose detector and one of the experiments at the CERN LHC. With a dedicated tracking and magnetic system, the experiment achieves high precision measurements of muon momentum at the final state. This thesis focuses on calibration challenges using official ATLAS tools, with results divided into two main sections. The first section addresses calibration work performed for the ATLAS experiment. Specifically, the relative momentum resolution of muons in ATLAS is investigated for the Inner Detector (ID), the Muon Spectrometer (MS), and the Combined (CB) tracks. From these studies, maps of the muon relative momentum uncertainty are generated for both simulation and data. These maps reveal systematic deficiencies in the detector subsystems and mismatches in the simulations. The maps are then integrated into the official ATLAS calibration framework to assess their potential for improving calibration precision, with a comparison of results both with and without this additional information. Lastly, the process and outcomes of deriving the official ATLAS calibration recommendations are presented. These recommendations are developed separately for the ID, MS, and CB tracks. The second part of this thesis focuses on calibration in the context of the Z mass measurement, including a detailed analysis of the Z mass measurement with the applied calibration. Using official ATLAS tools, the calibration is compared for Prompt and Non-Prompt J/ψ mesons. Kinematic distributions for both types are analyzed, and the differences between their calibrations are discussed. The calibration parameters are derived as a function of detector pseudorapidity and muon transverse momentum. Lastly, after applying the derived calibration to muons from Z candidate decays, the Z boson mass is extracted using a likelihood fit, using the di-muon channel.
La thèse porte sur la reconstruction des muons dans l'expérience ATLAS, à l'aide de collisions pp, à l'énergie dans le centre de masse sqrt(s) =13 TeV. ATLAS est un détecteur polyvalent et l'une des expériences du LHC du CERN. Grâce à un système magnétique et de trajectographie dédié, l'expérience réalise des mesures de haute précision de l’impulsion des muons à l'état final. Cette thèse se concentre sur les défis d'étalonnage en utilisant les outils officiels d'ATLAS, avec des résultats divisés en deux sections principales. La première section traite des travaux d'étalonnage réalisés pour l'expérience ATLAS. Plus précisément, la résolution relative du momentum des muons dans ATLAS est étudiée pour le détecteur interne (ID), le spectromètre à muons (MS) et les traces combinées (CB). Ces études ont permis d'établir des cartes de l'incertitude relative de l'impulsion des muons, tant pour la simulation que pour les données. Ces cartes révèlent des déficiences systématiques dans les sous-systèmes de détection et des inadéquations dans les simulations. Les cartes sont ensuite intégrées dans le cadre officiel d'étalonnage d'ATLAS afin d'évaluer leur potentiel d'amélioration de la précision de l'étalonnage, avec une comparaison des résultats avec et sans ces informations supplémentaires. Enfin, le processus et les résultats de l'élaboration des recommandations officielles d'étalonnage d'ATLAS sont présentés. Ces recommandations sont élaborées séparément pour les muons ID, MS et CB. La deuxième partie de cette thèse se concentre sur l'étalonnage dans le contexte de la mesure de la masse Z, y compris une analyse détaillée de la mesure de la masse Z avec l'étalonnage appliqué. En utilisant les outils officiels d'ATLAS, la calibration est comparée pour les mésons J/ψ prompts et non prompts. Les distributions cinématiques pour les deux types sont analysées, et les différences entre leurs étalonnages sont discutées. Les paramètres d'étalonnage sont dérivés en fonction de la pseudorapidité du détecteur et de l'impulsion transverse du muon. Enfin, après avoir appliqué l'étalonnage dérivé aux muons issus des désintégrations du boson Z, la masse du boson Z est extraite à l'aide d'un ajustement de fonction de vraisemblance, en utilisant le canal des di-muons.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04957493 , version 1 (19-02-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04957493 , version 1

Citer

Dionysios Fakoudis. Precise muon momentum calibration and Z mass measurement with the ATLAS experiment, using pp collisions at sqrt(s) = 13 TeV. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Université Paris-Saclay; Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 2024. English. ⟨NNT : 2024UPASP180⟩. ⟨tel-04957493⟩
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