Search for a doubly charged Higgs boson decaying to same-sign W bosons in a triplet-doublet extension of the Standard Model with the ATLAS detector at the LHC

Le secteur scalaire du Modèle Standard (MS) est l’un des meilleurs candidats pour contenir les nouvelles particules au-delà du Modèle Standard. Les mesures de précision des propriétés du boson de Higgs ainsi que la recherche de nouveaux scalaires est d’une ultime importance. L’ajout d’un triplet de scalaires aux champs du MS dans le contexte des modèles dits "Type 2 Seesaw" explique pourquoi les neutrinos sont massifs tout en prédisant de nouveaux scalaires, parmi lesquels certains ont une masse à l’échelle électrofaible, et donc, seraient détectables au LHC. La montée en énergie et en luminosité du Run 2 du LHC augmente significativement le potentiel de découverte de cette extension du secteur scalaire. Une variante d’une telle extension est explorée dans cette thèse : le triplet scalaire, ∆, est doté d’une hypercharge Y = 2, en complément du doublet scalaire H du MS. Ce secteur scalaire mixte en- tre doublet et triplet est dirigé par 6 couplages, définissant les multiples interactions entre les champs scalaires respectifs. Les composantes neutres du doublet et du triplet prennent une valeur vd et vt (la VEV, ou valeur attendue dans le vide) au minimum du potentiel, causant par la même la brisure de symétrie électrofaible. En particulier, la vev du triplet est contrainte par les mesures de précisions électrofaibles et doit se situer sous l’échelle du GeV. La brisure de symétrie produit une phénoménolo- gie riche, incluant sept scalaires, dont un peut être identifié au boson de Higgs du MS : H±± et H± des bosons de Higgs simplement ou doublement chargés, A0 un boson de Higgs neutre CP odd et deux autre CP even h0 et H0. La recherche de bosons de Higgs doublement chargés a déjà été réalisée au LHC en utilisant des états finaux plus inclusifs, à savoir le canal dileptonique. Ces analyses ont été ré-interprétées dans le cas où la désintégration en deux bosons est favorisée, affaiblissant ces limites. Il est donc nécessaire de réaliser une analyse dédiée qui exploite la totalité des capacités expérimentales pour explorer ce modèle, notemment en prenant en compte la présence d’énergie transverse manquante et de multi-jets issus de l’état final multibosonique dans l’optimisation de la sélection. Cette thèse se focalise sur la phénoménologie des bosons scalaires doublement chargés H±±, dans le cas où le couplage aux leptons est défavorisé au profit des bosons vecteurs du MS, c’est à dire dans le canal de désintégration H±± → W ±W ±. Les bosons de Higgs doublement chargés peuvent être produits par paires, ce qui est caractérisé par un état final à quatre bosons W . La recherche de ces particules est réalisée pour six masses du H±± : 200, 300, 400, 500, 600, and 700 GeV. Cette étude est possible dans différents états finaux, comme l’état final à deux leptons de même signe, à trois leptons et quatre leptons. La signature expérimentale étudiée dans cette thèse concerne l’état final avec trois leptons, de l’énergie transverse manquante et deux jets. Les bruits de fond dominants proviennent de processus du MS tels que WZ, ZZ, Z+jets et tt¯. Les bruits de fonds primaires (ou "prompts") sont estimés à l’aide de simulations Monte Carlo. Mais dans le cas où un jet passe pour un lepton ou si l’origine d’un lepton est une désintégration secondaire (ou "non-prompte"), comme pour les désintégrations semi-leptoniques des b, les simulations ne sont pas suffisantes et il est nécessaire, pour ces bruits, d’utiliser des méthodes d’extraction depuis les données, notemment la méthode dite des "fake factor". Celle-ci n’utilise que les données et les simulations de processus primaires qui sont correctement décrits. Lorsque le bruit de fond est bien décrit, un ensemble de coupures de sélection est appliqué pour supprimer une fraction significative de processus caractéristiques.