Thèse Etude de l'Auto-Couplage du Higgs avec les Canaux Multileptons et les Techniques Modernes de Machine Learning H/F

École polytechnique

Établissement : École polytechnique
École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris
Laboratoire de recherche : LLR - Laboratoire LEPRINCE-RINGUET
Direction de la thèse : Christophe OCHANDO ORCID 0000000238361173
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59

Les principaux objectifs de la thèse seront d'étudier l'auto-couplage de Higgs (lambda_HHH), l'un des paramètres les moins connus du secteur scalaire, à l'aide de canaux multi-leptons de haute précision (par exemple, HZZ4 leptons). La mesure de lambda_HHH est d'une importance capitale car elle définit la forme du potentiel de Higgs, qui contrôle le mécanisme de Higgs. Tout écart par rapport à la valeur du MS pourrait avoir des implications sur la transition de phase électrofaible ou la stabilité du vide électrofaible, et serait donc sensible à la nouvelle physique d'une manière unique.
Au LHC, l'auto-couplage peut être étudié via les corrections radiatives modifiant certaines observables du Higgs on-shell (par exemple, la section efficace différentielle du moment transverse du boson de Higgs), du Higgs off-shell (modification de la forme de la courbe de masse invariante quatre leptons) ou la mesure de la production de di-bosons de Higgs (HHbbZZ).
La thèse débutera à l'automne 2026. Elle bénéficiera de l'ensemble des données collectées entre 2022 et 2026, ce qui promet de fournir des mesures qui ne seront pas dépassées avant plusieurs années.
En particulier, comme les mesures décrites ci-dessus impliquent divers processus physiques qui interfèrent, l'un des objectifs de la thèse sera d'améliorer considérablement la sensibilité de ces analyses grâce à des techniques d'apprentissage automatique de pointe telles que l'inférence basée sur la simulation neuronale (NSBI). Le candidat devra également contribuer à la combinaison des mesures afin d'obtenir la meilleure précision possible sur lambda_HHH et de contraindre la physique au-delà du modèle standard.

Une partie de la thèse sera également consacrée à des travaux plus techniques : participation à l'assemblage et aux tests du dispositif HGCAL ou travaux sur des algorithmes innovants pour la reconstruction et l'identification des électrons, en fonction des intérêts du candidat.

The discovery of the Higgs boson (H) at the Large Hadron Collider (LHC) in 2012 by the ATLAS and CMS collaborations is a major breakthrough in the understanding of the fundamental interactions. Precisely measuring its properties and coupling to the fundamental fields is a unique way to understand its role in the electroweak symmetry breaking (EWSB) while providing a portal to new phenomena.
The couplings to gauge bosons are now firmly established. All major production modes have been observed as well as the Yukawa couplings to the third generation fermions. The measurement of Higgs boson couplings is now entering a precision era. All results are so far in agreement with the predictions from the Standard Model (SM), within the current experimental and theoretical uncertainties (ranging from about 10 to 20%).
The exploration of the scalar sector is just at the beginning and remains one of the best portal to reveal uncharted territories. The physics program is extremely rich: precision measurements of couplings (where any departure from the SM expectations would be clear sign of new physics), measurement of the Higgs boson potential (via the double Higgs boson production), searches for additional Higgs, rare or forbidden decays, Dark Matter (via invisible decay), ...
The LHC has delivered up to 150 fb-1 of proton-proton collisions data at s =13 TeV from 2016 to 2018 and more than 300 fb-1 at s =13.6 TeV from 2022 to 2025. About 400 fb-1 are expected at the end of Run 3 data taking by mid-2026. This enormous amount of data will allow to probe the scalar sector at unprecedented scales.
In parallel, the experiments are preparing the High Luminosity phase (HL-LHC) aiming at accumulating ten times more data in 10 years and starting in 2030. The extreme data taking conditions foreseen (very high levels of radiations and pile-up) implies major upgrades of the CMS experiment. In particular, the endcap calorimeters will be replaced by an innovative Si-based imaging calorimeter called High Granular CALorimeter (HGCAL) currently under development.