Understanding jet substrucutre at the LHC

Comprendre la sous-strucutre de jets au LHC Le Large Hadron Collider (LHC) fonctionne à une énergie dans le centre-de-masse de 13 TeV, atteignant ainsi des énergies bien au-dessus de l'échelle électrofaible. Pour la première fois, des particules lourdes sont produites dans le régime boosté, c'est-à-dire avec une impulsion transverse beaucoup plus grand que leur masse. Leur produits de désintégration hadronique sont collimatés et finisseent par être regroupé dans un seul jet. Dans cette situation, il n'est pas facile de discriminer le signal des particules lourdes du bruit de fond formé par des jets originés par les partons, il faut examiner la dynamique interne du jet avec des techniques de sous-structure des jets. Les outils de la sous-structure de jet sont divisés en trois catégories : « Jet shapes » qui contraient la radiation des gluons mous dans le jet ; « Taggers » qui cherchent plusieurs cœurs d'énergie dans le jet, une situation plus courant dans les jets de signaux que dans les jets QCD ; et les « Groomers » qui éliminent la radiation molle et à grand angle dans le jet, souvent dominés par l'événement sous-jacent.Dans cette thèse, on propose une approche analytique qui nous permet de comprendre les sources des différences de performance entre les méthodes. On utilise des techniques de resommation à tous les ordres en théorie des perturbations, pertinentes pour les régimes bostés où l'échelle de masse et de l'impulsion transverse sont largement séparées. On motive le besoin de resommation et on introduit les éléments de base qui sont utilisés tout au long de la thèse. Cette thèse se concentre sur les jets à deux cœurs, comment les bosons W/Z/H.Premièrement, on explore comment un tagger spécifique, le Y-splitter, peut être combiné avec une variété de techniques de grooming : le MassDrop Tagger (mMDT), trimming et SoftDrop. Selon des études Monte Carlo, cette combinaison augmente la performance du Y-splitter. On explique l’origine de se comportement par des calculs théoriques et étudie l'impact des effets non-perturbatives. On présente également des variantes améliorées de la méthode Y-Splitter originale.Ensuite, on étudie l'utilisation des jet shapes comment une variable discriminante entre les désintégrations hadroniques à deux cœurs des bosons électrofaibles et le bruit de fond des jets QCD. On calcule analytiquement la distribution de masse avec une coupure sur la variable jet shape. On considère 3 shapes couramment utilisées : N-subjettiness, « Energy Correlation functions » et le paramètre MassDrop. Nos résultats expliquent la différence entre les performances des différentes méthodes. On compare également nos résultats aux générateurs de Monte Carlo et on étudie l'impact des effets non-perturbatifs.Notre étude suivant examine la combinaison des techniques de grooming/tagging avec des jet shapes, en particulier le N-subjettiness. On propose le rapport dichroïque de N-subjettiness, où on utilise un gros jet (avec ou sans pre-grooming) pour calculer tau ₂ et un jet plus petit, avec tagging pour tau₁. Cette version donne une performance améliorée par rapport aux versions utilisées actuellement par les expériences, tout en maintenant les effets non-perturbatifs sous contrôle.Enfin, on effectue une étude phénoménologique de la distribution de masse des jets avec mMDT. Ceci est actuellement mesurée par des expériences au LHC. Nos prédictions théoriques prennent en compte les logarithmes dominants du rapport de la masse de jet sur l'impulsion transverse et on fait le « matching » avec les éléments de matrice à ordre fixe calculés au NLO. On discute deux options possibles, selon que les distributions sont mesurées dans des bins de l'impulsion transverse avant ou après le mMDT.