Tester le modèle standard dans le secteur du quark top et du boson de Higgs de façon innovante avec plusieurs leptons dans l’expérience ATLAS au LHC // Testing the Standard Model in the Higgs-top sector in a new inclusive way with multiple leptons using t

Le LHC collisionne des protons à 13.6 TeV, produisant un volume massif de données pour étudier des processus rares et rechercher de la nouvelle physique. La production d’un boson de Higgs en association avec un quark top unique (tH) dans l’état multi-leptonique (2 leptons de même signe ou 3 leptons chargés) est particulièrement prometteuse, mais complexe à analyser à cause des neutrinos non détectés et des leptons factices. Le processus tH est d’autant plus intéressant que sa très faible section efficace dans le Modèle Standard résulte d’une interférence destructive subtile entre les diagrammes faisant intervenir le couplage du Higgs au boson W et celui du Higgs au quark top. De ce fait, de petites déviations par rapport aux prédictions du Modèle Standard peuvent avoir un impact important sur son taux de production, faisant de tH une sonde sensible de nouvelle physique. La mesure de la section efficace tH reste délicate car les processus ttH et ttW ont des topologies proches et des sections efficaces beaucoup plus grandes, nécessitant une extraction simultanée pour obtenir un résultat fiable et évaluer correctement les corrélations entre signaux. ATLAS a observé un excès modéré de tH avec les données du Run 2 (2.8 s), rendant cruciale l’analyse rapide des données du Run 3 avec une prise en compte explicite de ces corrélations. La thèse exploitera des algorithmes d’intelligence artificielle basés sur des architectures transformers respectant certaines symétries fondamentales pour reconstruire la cinématique des événements et extraire des observables sensibles à la nature CP du couplage Higgs-top. Dans un second temps, une approche globale pourra traiter simultanément les processus ttW, ttZ, ttH, tH et 4 tops, à la recherche de couplages anomaux, y compris ceux violant la symétrie CP, dans le cadre de la théorie effective du Modèle Standard (SMEFT). Cette étude permettra la première mesure complète de tH dans le canal multi-lepton avec les données du Run 3 et ouvrira la voie à une analyse globale des processus rares et des couplages anomaux au LHC dans ce canal.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

The LHC collides protons at 13.6 TeV, producing a massive dataset to study rare processes and search for new physics. The production of a Higgs boson in association with a single top quark (tH) in the multi-lepton final state (2 same-sign leptons or 3 charged leptons) is particularly promising, but challenging to analyze due to undetected neutrinos and fake leptons. The tH process is especially interesting because its small Standard Model cross section originates from a subtle destructive interference between diagrams including the Higgs coupling to the W boson and the Higgs coupling to the top quark. This makes tH uniquely sensitive: even small deviations from the Standard Model can strongly enhance its production rate. The measurement of the tH cross section is delicate because the ttH and ttW processes have similar topologies and much larger cross sections, requiring a simultaneous extraction to obtain a reliable result and properly account for correlations between signals. ATLAS observed a moderate excess of tH using the Run 2 dataset (2.8 s), making the analysis of Run 3 data including these correlations crucial. The thesis will first exploit AI algorithms based on Transformer architectures to reconstruct event kinematics and extract observables sensitive to the CP nature of the Higgs-top coupling. In a second phase, a global approach will be adopted to analyze simultaneously the ttW, ttZ, ttH, tH, and 4-top processes, searching for anomalous couplings, including those violating CP symmetry, within the framework of the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT). This study will provide the first complete measurement of tH in the multi-lepton channel with Run 3 data and will pave the way for a global analysis of rare processes and anomalous couplings at the LHC in this channel.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules
Laboratoire : Groupe Atlas (ATLAS)
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
Directeur de thèse : DELIOT Frédéric
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules

master 2 en physique des particules ou équivalent