Evidence pour une nouvelle particule semblable au boson de Higgs du modèle standard et se désintégrant en quatre leptons dans l'expérience CMS

This thesis reports the discovery of the new boson recently observed at a mass near 125 GeV in the CMS experiment at CERN. The measurements of the properties of the new boson are reviewed. The results are obtained from a comprehensive search for the standard model Higgs boson in the H → ZZ decay channel, where both Z bosons decay to electron or muon lepton pairs. The search covers Higgs boson mass hypotheses in the range 110 < mH < 1000 GeV. The analysis uses proton-proton collision data recorded by the CMS detector at the LHC, corresponding to integrated luminosities of 5.1 fb^−1 at sqrt(s) = 7 TeV and 12.2 fb^−1 at sqrt(s) = 8 TeV. The new boson is observed with a local significance above the expected background of 4.5 standard deviations. The signal strength μ, relative to the expectation for the standard model Higgs boson, is measured to be μ = 0.80+0.35-0.28 at 126 GeV. A precise measurement of its mass has been performed and gives 126.2 ± 0.6 (stat) ±0.2 (syst) GeV. The hypothesis 0+ of the standard model for the spin J = 0 and parity P = +1 quantum numbers is found to be consistent with the observation. The data disfavour the pseudoscalar hypothesis 0− with a CLs value of 2.4%. No other significant excess is found, and upper limits at 95% confidence level exclude the ranges 113-116 GeV and 129-720 GeV while the expected exclusion range for the standard model Higgs boson is 118-670 GeV. A special emphases throughout the thesis has been put on lepton isolation. Lepton isolation being one of the key observables for the discovery is highly susceptible to pile-up conditions of the LHC machine. This thesis establishes a robust method to marginalize the effect of pile-up on isolation. The method is now used across different analysis in CMS. A special attention has also been put on measurements of the efficiencies of lepton identification, isolation and impact parameter requirements directly from data using leptonic decays of Z boson. The measurements were used to produce final per lepton scale factors when calculating the significance of excess of four lepton events.Cette thèse présente la mise en évidence dans l'expérience CMS d'un nouveau boson dans la voie H→ZZ et la contribution à la découverte de ce nouveau boson à une masse proche de 125 GeV dans l'expérience CMS au CERN. La mesure des propriétés est passée en revue. Les résultats sont obtenus par une analyse inclusive du canal H→ZZ→ 4l , i.e. où chacun des bosons Z se désintègre en une paire de leptons (l ), électrons ou muons. La recherche du boson de Higgs couvre toutes les hypothèses de masse dans le domaine 110 < mH < 1000 GeV. L'analyse utilise les données de collisions proton-proton enregistrées par le détecteur CMS au collisionneur LHC, correspondants à des luminosités intégrées de 5.1 fb^−1 a sqrt(s) = 7 TeV et 12.2 fb^−1 at sqrt(s) = 8 TeV. Le nouveau boson est observé avec une signifiance statistique au-desus du bruit de fond attendu de 4.5 écarts standards. L'intensité du signal μ, normalisé à l'attendu pour le boson de Higgs du modèle standard, est mesuré à une valeur de μ = 0.80+0.35-0.28 a 126 GeV. Une mesure précise de la masse du nouveau boson a été effectué et donne 126.2 ± 0.6 (stat) ±0.2 (syst) GeV. L'hypothèse d'un boson scalaire 0+ est en accord avec l'observation. Les données expérimentales défavorisent l'hypothèse pseudoscalaire 0− avec CLs de 2.4%. Aucun autre excès significatif n'est observé, et des limites supérieures d'exclusions sont obtenues à 95% de niveau de confiance pour les domaines 113-116 GeV et 129-720 GeV, alors que la domaine d'exclusion attendue en absence du boson de Higgs est de 118-670 GeV. Pour cette thèse, une emphase particulière a été mis sur l'isolation des leptons. L'isolation des leptons fait parties des observables clefs sur le chemin de la découverte. En même temps, l'isolation est très sensible aux conditions pile-up de la machine LHC. Cette thèse établit une méthode robuste qui permet de marginaliser l'effet de pile-up sur l'isolation. La méthode est maintenant utilisée à travers les différentes analyses de CMS. Une attention particulière a également été mis sur les mesures de l'efficacité de l'identification des leptons, l'isolation et le paramètre d'impact directement à partir de données à l'aide désintégrations leptoniques de boson Z . Les mesures ont été utilisées pour les corrections finales appliquées aux leptons lors du calcul de la signifiance statistique de l'excès des événements à quatre leptons