Mesure de l'efficacité d’identification des électrons et recherche de la production de paires de bosons de Higgs dans le canal de désintégration WWZZ avec le détecteur CMS au LHC

Cette thèse présente des contributions à la mesure de précision des propriétés du boson de Higgs dans le canal H ZZ 4l, ainsi qu’à la première recherche CMS de la production de paires de bosons de Higgs dans le canal HH WWZZ. Les travaux ont été réalisés au sein de l’expérience CMS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, en utilisant l’ensemble des données du Run 2.Une première partie de la thèse est consacrée aux études de la reconstruction et de l’identification des électrons, qui jouent un rôle central dans les analyses du boson de Higgs impliquant des états finaux leptoniques. Une étude dédiée a été menée pour évaluer l’impact de l’inclusion des électrons de faible impulsion transverse (pT) dans l’analyse H ZZ 4l. Une stratégie de reconstruction à bas pT a été étudiée, combinant des critères d’identification avec une isolation supplémentaire dans le traceur, ainsi qu’une méthode d’estimation du fond basée sur la signifiance du paramètre d’impact (SIP). Cette étude a mis en évidence l’effet de l’extension de l’acceptance aux électrons de bas pT sur la sensibilité des mesures de précision du boson de Higgs dans le canal à quatre leptons.La thèse aborde également la mesure de l’efficacité d’identification des électrons et les incertitudes systématiques associées. Pour quantifier ces incertitudes, une nouvelle approche, appelée méthode RMS, a été développée afin d’évaluer les systématiques des mesures d’efficacité. Cette méthode a été approuvée au sein de CMS et intégrée dans l’infrastructure officielle Tag-and-Probe. Sa première application a eu lieu dans la mesure de la section efficace fiducielle inclusive de H ZZ 4l, où elle a permis de réduire l’incertitude dominante liée aux électrons d’un facteur proche de deux, ce qui correspond à une réduction de 15 % de l’incertitude totale. Depuis, cette méthode a été adoptée dans plusieurs publications récentes de CMS sur le boson de Higgs, et elle devrait être largement utilisée dans les analyses du Run 3, bénéficiant ainsi à un grand nombre de mesures reposant sur une évaluation précise des efficacités électroniques.Fort de cette expertise, le deuxième volet majeur de la thèse est la recherche de la production de paires de bosons de Higgs dans le mode de désintégration rare et jusqu’alors inexploré HH WWZZ. L’analyse a été initiée et la catégorisation a été soigneusement étudiée et développée, en partant d’études topologiques détaillées qui ont guidé la présélection des événements et l’optimisation des coupures cinématiques, avec un accent particulier sur l’état final à trois leptons. Une stratégie de sélection spécifique a été introduite afin d’améliorer la sensibilité en présence de bruits de fond complexes, et des discriminants multivariés basés sur des arbres de décision renforcés (BDT) ont été utilisés pour améliorer la séparation entre signal et processus de fond. Cette analyse s’inscrit dans un programme plus vaste qui inclut également l’état final à quatre leptons et une mesure du Modèle Standard de la production WWZZ. Ensemble, les résultats exploitent l’intégralité des données du Run 2 et les premières données du Run 3. Au moment de la rédaction, l’analyse combinée est en cours de révision interne au sein de CMS et devrait prochainement être soumise à une pré-approbation.Dans l’ensemble, cette thèse fait progresser à la fois les fondements méthodologiques et la portée physique des mesures du boson de Higgs au sein de CMS. Les développements concernant l’évaluation des efficacités électroniques ont déjà eu un impact concret sur les analyses de précision du Higgs, tandis que le travail pionnier sur le canal HH WWZZ ouvre une nouvelle voie pour sonder la production de paires de bosons de Higgs, un processus clé pour tester la structure du secteur de Higgs et ses auto-interactions au LHC.