Recherche de la désintégration en paire de quarks bottom du boson de Higgs produit en association avec une paire de quarks top dans les données du Run 2 du LHC avec le détecteur ATLAS avec une méthode de vraisemblance

Following the discovery of the Higgs boson by the ATLAS and CMS collaborations at the Large Hadron Collider (LHC) in 2012, the attention has been focussed on studying the properties of the newly discovered particle to test the predictions of the Standard Model (SM). An object of particular interest is the top quark Yukawa coupling - the coupling of the Higgs boson to the top quark, which is predicted to be close to unity in the SM and at the same time very sensitive to the possible effects of new physics beyond the SM. The production of the Higgs boson in association with a pair of top quarks, tt̄H, is the process that gives direct access to the top quark Yukawa coupling. The decay of the Higgs boson into a pair of b-quarks, H → bb̄, is dominant in the SM for a value of the Higgs boson mass of 125 GeV (its branching ratio is approximately 58%). This decay channel also allows measuring the b-quark Yukawa coupling, the second largest coupling of the Higgs boson to a fermion in the SM. In this dissertation the search for tt̅H (H → bb̄) in the single lepton channel, resulting from the semileptonic decay of the tt̅ system, is presented. The analysis is based on 36.1 fb⁻¹ of pp collision data at √s = 13 TeV recorded with the ATLAS detector in 2015 and 2016. The study is performed using a likelihood-based method that exploits kinematic properties of the selected events to separate the signal from the background, which is dominated by tt̄ produced in association with additional jets. This search relies on the high multiplicity of jets originating from b-quarks (b-jets), so identification of these jets (b-tagging) is crucial. A study on the optimisation of b-jet identification algorithms in ATLAS is also presented in this dissertation. The ratio of the measured tt̄H cross-section to the SM expectation is found to be μ = 0.84+0.64−0.61, assuming a Higgs boson mass of 125 GeV. This result is consistent with both the background-only hypothesis and the tt̄H SM predictionSuite à la découverte du boson de Higgs au Large Hadron Collider (LHC) par les collaborations ATLAS et CMS en 2012, l’attention s’est portée sur l’étude des propriétés de cette nouvelle particule pour tester les prédictions du modèle standard (MS). Un objet d’intérêt particulier est le couplage de Yukawa au quark top - le couplage du boson de Higgs au quark top - qui devrait être proche de l’unité dans le MS et en même temps très sensible aux effets possibles de nouvelle physique au-delà du MS. La production du boson de Higgs en association avec une paire de quarks top, tt̄H, est le canal qui donne un accès direct au couplage de Yukawa au quark top. La désintégration du boson de Higgs en une paire de quarks b, H → bb̄, domine dans le MS pour la valeur de la mass du boson de Higgs de 125 GeV: son rapport de branchement est d’environ 58%. Ce canal de désintégration permet également de mesurer le couplage de Yukawa au quark b - le deuxième plus grand couplage du boson de Higgs à un fermion dans le MS. Dans cette thèse, la recherche de tt̄H (H → bb̄) dans le canal à un lepton, résultant de la désintégration semi-leptonique du système tt̄, est présentée. L’analyse est basée sur 36.1 fb⁻¹ de collisions pp à √s = 13 TeV enregistrées avec le détecteur ATLAS en 2015 et 2016. L’étude est réalisée avec une méthode de vraisemblance, qui exploite les propriétés cinématiques des événements sélectionnés pour séparer le signal du bruit de fond, qui est dominé par les paires de quarks tt̄ produites en association avec des jets supplémentaires. Cette recherche repose sur une grande multiplicité de jets issus de quarks b (jets b). Pour cette raison l’identification de ces jets (b-tagging) est cruciale. Une étude sur l’optimisation des algorithmes d’identification des jets b dans ATLAS est également présentée dans cette dissertation. Le rapport de la section efficace mesurée de tt̄H à la prédiction de MS est μ = 0.84+0.64−0.61, en supposant une masse du boson de Higgs de 125 GeV. Ce résultat est cohérent avec l’hypothèse de fond seulement ainsi qu’avec la prédiction du MS pour le signal tt̄H