Contribution to the study of the Higgs boson self-coupling in the bbγγ channel using the matrix element method at NLO with the ATLAS experiment at LHC, CERN

La découverte du boson de Higgs en 2012 a marqué une étape fondamentale dans la validation du Modèle Standard (MS) de la physique des particules, en confirmant le mécanisme de Brout-Englert-Higgs responsable de la rupture spontanée de symétrie électrofaible. Néanmoins, malgré son succès empirique, le MS est remis en question.Parmi les paramètres fondamentaux encore peu contraints expérimentalement figure l'auto-couplage du boson de Higgs, noté "dollar"lambda_{3H}"dollar". Ce paramètre, directement lié à la forme du potentiel de Higgs, n'est accessible qu'à travers l'étude du processus de production double du boson de Higgs (di-Higgs). Ce processus, extrêmement rare dans le cadre du MS, possède un taux de production environ 500 fois plus faible que celui de la production simple de Higgs, et n'a pas encore été observé expérimentalement.Dans cette thèse, nous avons développé une approche innovante pour contribuer à la mesure de "dollar"lambda_{3H}"dollar" dans le canal "dollar"gg o HH o bar{b}gammagamma"dollar", qui combine une sensibilité élevée grâce à un fort taux de branchement pour "dollar"H o bar{b}"dollar" et une excellente résolution de reconstruction pour "dollar"H o gammagamma"dollar". Notre travail repose sur l'implémentation de la Méthode des Éléments de Matrice (MEM), une technique multivariée fondée sur le calcul de rapports de vraisemblance à partir d'éléments de matrice issus de la théorie quantique des champs.La MEM est connue pour sa puissance statistique, en particulier dans les situations où les événements sont rares et les signaux faiblement séparables des bruits de fond. Elle a joué un rôle clé dans plusieurs analyses de précision, comme la mesure de la masse du quark top au Tevatron ou la mise en évidence de la production de top unique au LHC. Son application au canal "dollar"HH o bar{b}gammagamma"dollar" et à Next-to-Leading order (NLO) n'avait encore jamais été réalisée, notamment en raison des difficultés techniques liées à sa mise en œuvre au-delà du niveau de précision Leading Order (LO).Dans ce contexte, nous avons conçu un cadre MEM opérationnel à l'ordre Next-to-Leading Order(NLO), en intégrant des éléments de matrice calculés à NLO à l'aide des outilsPOWHEG-BOX-V2 et MG5_aMC@NLO. Cette infrastructure a été intégrée dans une version modifiée du logiciel MoMEMta, adaptée aux exigences du calcul NLO, notamment en termes de prise en compte des contributions réelles et virtuelles et de la structure complexe de l'espace des phases.À notre connaissance, il s'agit de la première application de la MEM à l'ordre NLO pour la recherche du processus di-Higgs et la mesure de "dollar"lambda_{3H}"dollar". Nous avons validé notre approche sur des échantillons simulés par Monte Carlo, et démontré que cette méthode permet d'extraire une information sensible sur "dollar"lambda_{3H}"dollar".Ce travail constitue ainsi une avancée dans l'outillage méthodologique disponible pour l'analyse de données du LHC, et établit la faisabilité de la MEM à NLO pour l'étude de processus rares. Il ouvre la voie à des applications plus larges dans la physique de précision et les recherches de nouvelle physique au-delà du Modèle Standard.