Search for new resonances in the diphoton final state with the ATLAS detector

Cette thèse présente la recherche de nouvelles résonances se désintégrant en deux photons, dans les données de collisions proton-proton collectées par le détecteur ATLAS au LHC, à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. La recherche d'une résonance de spin 0 dans une gamme de masse allant de 65 à 110 GeV est effectuée à l'aide de 80 fb-1 de données collectées en 2015, 2016 et 2017. Les événements sélectionnés sont divisés en trois catégories en fonction de l'état de conversion des deux photons, afin d'augmenter la sensibilité de la recherche. Dans la région de masse au-dessus de 160 GeV, deux types de signaux sont recherchés à l'aide de 139 fb-1 données collectées de 2015 à 2018 : un état résonnant de spin 0 sans se référer à un modèle théorique spécifique, et un état d'excitation du graviton, de spin 2, prédit par le modèle Randall-Sundrum avec une dimension supplémentaire déformée. La sélection des événements est optimisée et harmonisée entre les deux recherches. La méthode de décomposition fonctionnelle est appliquée pour la première fois dans la procédure de modélisation du bruit de fond, afin de réduire l'incertitude systématique correspondante. Tant pour les recherches à basse masse qu'à haute masse, aucun excès significatif n'est observé par rapport aux prédictions du modèle standard. Des limites supérieures sont établies sur le produit de la section efficace de production fiducielle (totale) et du rapport d'embranchement, en fonction de la masse du signal, pour les résonances de spin0 (spin 2). En outre, une étude de l'incertitude systématique sur l'étalonnage de l'énergie des photons due à la mauvaise modélisation de la fraction d'énergie de la gerbe électromagnétique perdue latéralement est également présentée. Cette incertitude est quantifiée comme la différence entre la perte d'énergie pour les photons et les électrons en utilisant les événements Z->ee. Les résultats obtenus avec les événements diphotons sont également présentés pour la première fois comme contrôle dans une région cinématique plus grande.This thesis presents the search for new resonances in the diphoton final state with proton-proton collision data collected by the ATLAS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of 13 TeV. Search for a low-mass spin-0 resonance in the diphoton invariant mass range from 65 to 110 GeV is performed using 80 fb-1 data collected in 2015, 2016 and 2017. Selected events are split into three categories depending on the conversion state of the two photons, in order to increase the sensitivity of the search. In the high-mass region above 160~GeV, two kinds of signal are searched for using 139 fb-1 data collected in 2015-2018: a spin-0 model-independent resonant state, and a spin-2 graviton excitation state predicted by the Randall-Sundrum model with one warped extra dimension. Analysis selections are optimized and harmonized for both spin-0 and spin-2 searches. Functional decomposition method is applied for the first time in the background modeling procedure, in order to reduce the corresponding systematic uncertainty. For both low-mass and high-mass searches, there is no significant excess observed with respect to the Standard Model expectation. Upper limits are set on the fiducial (total) production cross section times branching ratio as a function of the signal mass for the spin-0 (spin-2) resonances. In addition, a study on the photon-specific energy calibration systematic uncertainty from electromagnetic shower leakage mismodeling is also presented. This uncertainty is quantified as the difference between the lateral energy leakage mismodeling for photons and electrons using Z->ee events. Results obtained with diphoton events are also shown for the first time as a cross check in a larger kinetic region