Recherche de nouvelle physique via la production résonante de paires de bosons de Higgs // Search for new physics through resonant di-Higgs production

Depuis la découverte du boson de Higgs (H) en 2012 par les expériences ATLAS et CMS, et après un peu plus de 10 ans passés à étudier ses propriétés, en particulier grâce aux larges ensembles de données du Run 2 du LHC collectés par les deux collaborations entre 2015 et 2018, tout semble indiquer que nous avons finalement complété le Modèle Standard (MS), tel qu’il avait été prédit il y a soixante ans. Cependant, malgré le succès de cette théorie, de nombreuses questions restent sans réponse, et des études approfondies du secteur scalaire du MS pourraient nous donner des indices pour les aborder.

L'étude de la production double de bosons de Higgs (HH) suscite actuellement un intérêt particulier dans la communauté de physique des hautes énergies, car elle constitue le meilleur moyen expérimental d'accéder à l'auto-couplage du H, et par conséquent au potentiel de Higgs V(H). Grâce à ses liens directs avec la transition de phase électrofaible (EWPT), la forme de V(H) revêt une importance particulière pour les modèles au-delà du Modèle Standard (BSM) qui tentent, par exemple, d'expliquer la baryogenèse primordiale et l'asymétrie entre la matière et l'antimatière dans notre univers. Certaines de ces modèles prédisent un secteur scalaire étendu, impliquant l'existence de bosons de Higgs additionnels, souvent interagissant de manière privilégiée avec le H du MS.

Le groupe CMS du CEA-Saclay/IRFU/DPhP souhaite donc proposer une thèse sur la recherche de la production HH résonante, se focalisant sur le canal H(bb)H(tautau), dans l'objectif de contraindre les modèles en question, et impliquant pour la première fois une caractérisation complête du signal BSM et de ses interférences avec le MS. L’étudiant(e) sélectionné(e) prendra part à des activités de recherche déjà bien établies au sein de la collaboration CMS, et du groupe du CEA, en lien avec plusieurs instituts en France et à l’étranger.
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Since the discovery of the Higgs boson (H) in 2012 by the ATLAS and CMS experiments, and after more than 10 years of studying its properties, especially thanks to the large Run 2 datasets from the LHC collected by both collaborations between 2015 and 2018, everything seems to indicate that we have finally completed the Standard Model (SM), as it was predicted sixty years ago. However, despite the success of this theory, many questions remain unanswered, and in-depth studies of the scalar sector of the SM could provide us with hints about how to address them.

The study of double Higgs boson (HH) production is currently of particular interest to the high-energy physics community, as it constitutes the best experimental handle to access the H self coupling, and consequently the Higgs potential V(H). Due to its direct links with the electroweak phase transition (EWPT), the shape of V(H) is particularly relevant for beyond the Standard Model (BSM) theories that attempt, for instance, to explain primordial baryogenesis and the matter-antimatter asymmetry in our universe. Some of these models predict an expanded scalar sector, involving the existence of additional Higgs bosons, often interacting preferentially with the SM Higgs.

The CMS group at CEA-Saclay/IRFU/DPhP therefore wishes to offer a PhD position focused on the search for resonant HH production, concentrating on the H(bb)H(tautau) channel, with the aim of constraining these models, for the first time involving a complete characterization of the BSM signal and its interferences with the SM. The selected student would participate in well-established research activities within the CMS collaboration and the CEA group, in connection with several institutes in France and abroad.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules
Laboratoire : Groupe CMS (CMS)
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
Directeur de thèse : Malcles Julie
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DPHP/CMS

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules

Master en physique des hautes énergies