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Production simultanée de deux Higgs (HH)

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Depuis la mise en évidence du boson de Higgs en 2012, les expériences ATLAS et CMS mesurent ses couplages aux bosons et aux fermions. La plupart de ces couplages ont déjà été mis en évidence à la fin du Run-2 (2015-2018). Observer le couplage du Higgs avec lui même reste un des objectifs majeurs du programme LHC. Mesurer ce couplage donnera accès à la forme du potentiel du champs de Higgs.

Sa mesure se fait à travers celle des sections efficaces totales et différentielles de production de paires de bosons de Higgs. Du fait de sa faible section efficace de production (33 pb-1 à 13 TeV soit un facteur 1000 en dessous de la production de Higgs unique) et du besoin d’identifier et reconstruire au moins 4 particules dans l’état final, faire la première observation de ces évènements est très difficile.

Dans le cadre des études sur le boson de Higgs pour la Stratégie Européenne de Physique des Particules publiée en 2019, il a été montré que le programme LHC-Haute Luminosité (3000 fb-1 collectés entre 2027 et 2038 soit 100.000 HH produits) permettra d’atteindre une observation avec un significance de l’ordre de 4sigma et une précision de mesure de 50% sur le paramètre d’auto-couplage appelé kappa_lambda.

Le groupe a travaillé, dans le cadre de ce rapport, sur l’optimisation du canal de désintégration HH-> bbyy qui a un petit rapport de branchement (0.3 %) mais une signature claire venant de la désintégration d’un des bosons de Higgs en deux photons, ce qui en fait un des deux canaux les plus performants.

Cependant, si l’auto-couplage n’est pas conforme à la prédiction du Modèle Standard, la section efficace de production de paires de Higgs peut fortement augmenter rendant possible leur observation avec les données du Run-2 (140 fb-1) ou Run-3 (2021-2024, 450 fb-1). Dans le cadre d’une thèse, le groupe fait l’analyse du canal HH->bbyy avec les données Run-2 en intégrant des algorithmes de Machine Learning pour maximiser l’efficacité de selection. Si la production de diHiggs n’est pas observée avec ces données, une limite sera mise sur le taux de production HH et sur l’amplitude de l’auto-couplage.

Contacts : Stéphane Jézequel,

Publications :