Thèse Explorer la Production par Paires de Bosons de Higgs avec l'Expérience Cms au Lhc H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Laboratoire de recherche : LLR - Laboratoire LEPRINCE-RINGUET Direction de la thèse : Roberto SALERNO ORCID 0000000337352707 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59 La découverte du boson de Higgs par l'expérience CMS a été une étape marquante, expliquant comment les particules fondamentales acquièrent leur masse. Cependant, la structure du potentiel de Higgs elle-même reste largement inexplorée. La prochaine frontière majeure en physique des hautes énergies est l'observation de la production de paires de bosons de Higgs (HH). Ce processus offre une sonde directe de l'auto-couplage du boson de Higgs, un paramètre crucial pour la reconstruction du potentiel scalaire du Modèle Standard et pour la compréhension de la stabilité du vide et de l'évolution précoce de l'Univers. Cette recherche sera l'objectif principal de cette thèse. L'analyse physique ciblera le canal de désintégration où un boson de Higgs se désintègre en une paire de quarks b et l'autre en une paire de leptons tau (HHbb), en utilisant un ensemble de données de près de 500/fb collectées pendant les Run-1, Run-2 et le Run-3 en cours (2022-2026) du LHC. Atteindre la sensibilité requise exige le développement de méthodes innovantes d'extraction du signal, utilisant notamment des techniques avancées d'apprentissage automatique, ainsi que l'optimisation des stratégies de sélection en ligne pour capturer efficacement ces événements rares. Simultanément, le doctorant ou la doctorante contribuera aux préparatifs essentiels pour l'ère du LHC à Haute Luminosité (HL-LHC) en s'engageant dans la mise à niveau de Phase-2 du calorimètre à haute granularité (HGCAL) de CMS. Ce travail technique est directement lié aux futures mesures HH, en se concentrant sur la conception et la validation d'algorithmes avancés de génération de primitives de déclenchement (TPG). Ces algorithmes doivent fonctionner avec une faible latence et une haute précision pour reconstruire avec exactitude des objets physiques clés comme les leptons tau au milieu de la multiplicité de particules et des événements d'empilement extrêmes du HL-LHC, assurant ainsi la capacité continue d'effectuer des recherches de Di-Higgs à haute sensibilité. The Large Hadron Collider (LHC) is the world's most powerful particle accelerator, designed to explore the fundamental structure of the universe by colliding protons at unprecedented energies. Its primary goal is to test and refine the Standard Model (SM) while searching for new physics beyond it, including supersymmetry, extra dimensions, and potential dark matter candidates. Among its key experiments, the Compact Muon Solenoid (CMS) is a general-purpose detector that played a crucial role in the discovery of the Higgs boson in 2012, confirming the mechanism of mass generation. CMS continues to study Higgs physics, top quark properties, and heavy-ion collisions while pioneering searches for long-lived particles (LLPs) using advanced tracking and timing techniques. With the upcoming High- Luminosity LHC (HL-LHC) upgrade, CMS aims to enhance precision measurements and probe rare processes, pushing the frontiers of particle physics. Ultimately, the LHC and CMS strive to answer some of the most profound questions in science, including the origin of mass, the nature of dark matter, and the unification of fundamental forces.

Experimental High-Energy Physics

The CMS (Compact Muon Solenoid) experiment aims to study the results of proton-proton (p-p) collisions produced by the LHC (Large Hadron Collider) at CERN. The discovery of the Higgs boson is a great leap forward as the corresponding mechanism states that fundamental particle masses are the result of an interaction with the associated scalar field. The nature of that field is being studied in detail and is a major highlight of the CMS physics program. The characterization of the Higgs sector as well as the search for new physics will require the full capabilities of the LHC. Upgrades are foreseen along the way to reach much higher instantaneous luminosities (5x1034cm-2s-1) during the LHC Phase-2, called the high-luminosity LHC (HL-LHC), starting in 2030. The CMS experiment deploys a 14000 tons detector equipped with advanced electronics to track and identify precisely all the particles produced from the p-p collisions. Although CMS has shown excellent performance, it will undergo major upgrades, which include a new data acquisition system and an innovative Endcap calorimeter to fully exploit the high luminosity conditions.

Le groupe CMS de l'École Polytechnique recherche un candidat au doctorat titulaire d'un Master (Master 2) en physique des particules, intéressé par la physique expérimentale des hautes énergies. Une connaissance de base de C++ et Python est recommandée.