摘要
粒子物理的标准模型(StandardModel，SM)很好得描述了我们目前所知道的电磁作用、弱相互作用和强相互作用力（万有引力除外），在TeV量级的能量范围内通过了一切标准模型实验方面的测试，得到了很好的验证。截止2012年希格斯(Higgs)粒子被在大型强子对撞机LHC上工作的ATLAS和CMS探测器同时独立发现，标准模型体系内的一切基本粒子都被实验验证。一系列专为测量希格斯粒子性质及其相应产生机制的分析也相继被设计出来。同时，探索超出标准模型的新物理，例如中微子震荡、轻子数不守恒等也是继希格斯粒子发现之后这些实验又一重要的科学目标。 希格斯玻色子到两个光子的衰变过程是研究希格斯玻色子性质的“黄金衰变道”。该衰变道分支比很小，但由于ATLAS很高的光子重建和鉴别效率，可以获得相当大的信号产量。又因为ATLAS量能器具有出色的光子能量分辨率，该信号在平滑下降的本底上显示为双光子不变质谱中的一个狭窄峰，可以使用适当的拟合提取希格斯玻色子信号，具有很高的信号显著性。本论文将会就ATLAS探测器上电子误重建为光子的概率、双光子顶点的重建算法进行详细阐述，并翔实论述希格斯粒子衰变到双光子末态中基准截面和微分散射截面的测量，以及可用于研究不同相空间超出标准模型(BeyondStandardModel，BSM)效应的耦合性质的测量。 在大型强子对撞机上(LargeHadronCollider,LHC)高能电子的有效鉴别是很多物理过程首要的研究内容，同时探测器中光子的重建性能对于双光子末态的分析也至关重要。因而ATLAS探测器上电子误重建为光子的效率测量实验被设计出来。本篇论文将使用ATLAS第二轮取数2015年（亮度为3.2fb-1），2016年（亮度为32.9fb-1）和2017年（亮度为43.7fb-1）的数据，利用了数据驱动(data-driven)的本底模版方法构造本底，使用实验数据中的Z→e+e-事例测得e→γ的误判率。该测量考虑了扣除Z→e+e-信号事例泄漏引起的统计误差、本底形状的选择引起的系统误差、拟合范围变化引起的系统误差，其中最大的误差来自于选择本底形状不同引起的系统误差，最大可达约10.0％。最终测得的误判率随η在2.5％至12.5％范围内变化，随着η的变小而变小，在端盖附近最大。电子到光子的误判率在实验数据中的测量结果被用来与蒙特卡洛样本中得到的结果进行对比，并得到了相应的蒙特卡洛模拟数据-实验数据的修正因子。另外在该分析中，我们首次提出在标记探针法中利用数据驱动得到的本底模版如何进行修正。 双光子顶点重建的准确性与希格斯粒子性质测量的精度密切相关，对于AT-LAS所有含有双光子末态的分析都至关重。传统的双光子顶点重建直接采用具有最大径迹横动量之和的初始顶点作为光子的顶点，但因为光子在内层探测器中通常不留下径迹，所以这种方法对于希格斯粒子衰变到双光子末态的分析极不适用。本文利用2015-2018年全部RunⅡ，亮度为139.1fb-1的数据，采用神经网络算法训练gg→H→γγ样本，取与光子pointing径迹信息相关的四个变量用于训练。将全部希格斯粒子衰变到双光子末态的事例按照在探测器中的径迹信息分为三类，不同类别的事例选择的重建顶点不同。确定了双光子顶点选择效率会因为不同的产生模式而改变，除了t(t)H过程外，根据人工神经网络算法(ArtificialNeuralNetwork，ANN)得到的效率通常要高于利用硬散射顶点得到的效率。为了更精确的模拟真实的希格斯粒子到双光子末态的行为，从而验证该算法模型的合理性，首次产生去除电子径迹后具有重新拟合的初始顶点的Z→e+e-过程的样本，研究了事例选择的合理性以及蒙特卡洛和真实数据的一致性，并分析了不同敏感变量和重建效率的相关性。该项测量结果最终作为所有希格斯粒子衰变到双光子道的相关分析中的一项系统误差被采用。 希格斯粒子到双光子的衰变的过程是测量希格斯粒子特性最为精确的衰变道之一。本文使用ATLAS实验2015至2018年质心系能量为13TeV,亮度为139.1(79.8)fb-1的数据测量了希格斯到双光子末态基准和微分散射截面。希格斯粒子到两个孤立光子在基准相空间的截面测量是专为最大程度匹配ATLAS探测器的接受度(acceptance)而设计的，测量结果是65.2(60.4)±4.5(6.1)(stat.)±5.6(6.0)(exp.)±0.3(0.3)(theo.)fb，和标准模型预言的63.5±3.3fb一致。最后，将基准截面在对希格斯性质敏感的不同动力学观测量上进行微分，实验上体现为在不同的动力学空间(bin)中进行微分截面测量。为了对每个微分截面测量，我负责将划分到给定的不同的bin中的数据，进行本底建模、信号参数化、对双光子不变质谱的信号和背景进行拟合，将共振信号产量与主要的连续双光子背景、光子-喷注背景分开，并通过去折叠方法(Unfolding)考虑包括探测器接受率、效率以及可测量的分辨率在内的校正，从而将获得的信号产率外推到真实水平。其中，测量和希格斯粒子相关b-jets的数量被用来研究和重味强子(HeavyFlavorHadrons)相关的希格子产生过程。迄今未发现任何超出标准模型的实验结果。 本文还介绍了利用ATLAS实验2015至2018年质心能量为13TeV,亮度为139.1fb-1的数据测量H→γγ衰变道上希格斯粒子的耦合性质，是通过测量胶子-胶子耦合(gluon-gluonFusion，ggF)、矢量波色子耦合(vector-bosonFusion，VBF)，同时和一对矢量波色子或一对顶夸克(Top-quark)相关的过程的希格斯粒子的产生截面实现的。在该分析中，使用了一种全新的测量物理可观测量的事例分类方法，去测量希格子粒子在真实水平(truth-level)上定义的不同动力学区间(SimplifiedTemplateCrossSections，STXS)内的截面。我负责了该分析全部的信号和本底模拟，为似然函数提供了本底模拟的这一项POI和来自本底拟合的系统误差。同时，我利用LightGBM和XGBoost工具，采用多分类BDT和二分类BDT模型对事例分类展开了详细研究，并对WH和ZH衰变道的强关联性的改进进行了多种尝试，最终利用将HLLtruthbin按照衰变轻子个数分成2lep和非2lep的子类，从而将WH和ZH之间的关联性从37％降低到25％，对本分析做出了重要贡献。
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