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Équipe Phénoménologie des Interactions Fondamentales

Rapport à destination du Conseil Scientifique du LPSC

Janvier 2018

1. Présentation de l’équipe ................................................................................................. 2

A. Personnels ................................................................................................................. 2

B. Budget ....................................................................................................................... 3

C. Responsabilités diverses ........................................................................................... 4

2. Activités scientifiques de l’équipe ................................................................................... 7

A. Introduction : La phénoménologie en quelques mots ................................................. 8

B. Projet LHCiTools .......................................................................................................14

C. Projet PDFs and Hard Processes..............................................................................18

D. Projet Lattice calculations in hadronic physics ..........................................................20

E. Activités et axes de recherche hors projet .................................................................21

3. Publications 2013-2018 .................................................................................................26

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1. Présentation de l’équipe

A. Personnels

Membres permanents: Sabine Kraml, DR02, a rejoint l’équipe en 2007,

Mariane Mangin-Brinet, CRCN, a rejoint l’équipe en 2012,

Jérémie Quevillon, CRCN, a rejoint l’équipe en 2017,

Ingo Schienbein, MCF UGA, a rejoint l’équipe en 2006

Christopher Smith, CRCN, a rejoint l’équipe en 2012.

Anciens membres: Jaume Carbonell : départ en 2011 vers l’IPNO,

Michael Klasen : départ en 2011 vers WWU Münster,

Jean-Marc Richard : départ en 2009 vers l’IPNL,

Bernard Silvestre Brac : départ à la retraite en 2009,

Bertrand Desplanques : départ à la retraite en 2008,

François Brut : départ à la retraite en 2008.

Postdocs Financement 2013 2014 2015 2016 2017 2018

T. Stavreva IN2P3

A. Wingerter IN2P3

S. Kulkarni IN2P3

D. Sengupta ANR

J. Da Silva ANR

A. Kusina IN2P3

K. Mawatari IN2P3

G. Chalons IN2P3

Doctorants Directeur 2013 2014 2015 2016 2017 2018

T. Ježo Klasen & Schienbein

Z. Pan Bonciani

Q.Le Boulc’h Klasen

B. Dumont Kraml

F. Lyonnet Schienbein

J. Proudom Schienbein & Fuks

J. Bernon Kraml & Smith

U. Laa Kraml

G. Gbedo Mangin-Brinet

M. Altakach Schienbein

K. Svirina Schienbein

S. Touati Smith

H.R. Gonzales Kraml

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B. Budget

Comme illustré ci-dessous, le financement de la théorie a été en diminution constante sous la précédente direction de l’IN2P3, avec un minimum atteint en 2016 suite à la disparition du CFT (IN2P3). Depuis, la nouvelle direction de l’IN2P3 est revenue sur cette baisse générale. Pour notre équipe, cela s’est traduit par une hausse de 50% de notre financement de base en 2017 par rapport à 2016. De plus, deux projets de notre équipe ont été acceptés par l’IN2P3, et bénéficient de financements spécifiques. La hausse se poursuit en 2018, et permet d’assurer l’installation de Jérémie Quevillon, arrivé en octobre 2017, dans les meilleures conditions.

Par comparaison, le nombre approximatif (à cause des départs ou arrivée en cours d’année)

de membre de l’équipe a évolué comme suit :

A ce budget IN2P3, il faut rajouter différentes autres sources, plus ou moins importantes et,

exceptées celles venant du LPSC, non-récurrentes. Citons, pour les deux dernières années :

CNRS-FAPESP collaboration (Brésil): PRC275431 Simplified Models Beyond

Supersymmetry; 5k€ en 2017.

Pôle PAGE, Projet LHC phenomenology avec Geneviève Belanger, 2,5k€ en 2017.

ANR blanc DMAstroLHC: Identification of dark matter – from astrophysics to the LHC

PI: G. Belanger, LAPTh; 64530 EUR + 1 postdoc de sep. 2012 à août 2017.

LPSC: Conférences (environ 3k€/an), stages M2 (trois premiers mois), matériel

informatique (un pc / an en moyenne).

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Enigmass: Financement de stages M2, participation à l’organisation de workshops

(Higgs), et visiteurs.

CPTGA: Quelques centaines d’euros / an en moyenne.

Notre budget est essentiellement dédié aux missions, et dans une moindre mesure au

financement de visite, y compris celles requises pour les jurys de soutenance. Les dépenses

de fonctionnement, d’extensions de stage de M2 ou de matériel informatique sont marginales.

Pour illustrer ce découpage, ci-dessous sont représentées les dépenses de 2017 sur le budget

de l’équipe.

Ces dépenses correspondent à une dizaine d’invitations au LPSC, et une trentaine de

déplacement en missions, c’est-à-dire environ trois par personne en moyenne.

C. Responsabilités diverses

Notre équipe est impliquée dans l’animation d’ateliers, l’organisation de conférences, ainsi que la gestion scientifique de différents réseaux de recherche, et ce tant au niveau national qu’international. Ci-dessous sont listées nos responsabilités principales des cinq dernières années. Ces activités sont particulièrement cruciales pour notre équipe, car elles participent à la dissémination de nos résultats et garantissent notre visibilité présente et future. D’ailleurs, les membres de notre équipe sont très souvent sollicités comme orateurs, tant aux conférences thématiques qu’aux congrès internationaux.

Niveau national

CoCNRS Section 02, Sabine Kraml, 2012-2015.

CNU Section 29, Ingo Schienbein, depuis le 31/03/2014.

Théorie-LHC-France : Coordinateur de l’initiative (2011-2014).

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GDR PH-QCD : Convenor du groupe de travail QCD dans les collisions pA et AA (2011-2014), et organisation de la rencontre, WG 3, 5–7 nov 2014, LPSC Grenoble.

GDR QCD : Convenor d’un groupe de travail (depuis 2016).

GDR Intensity Frontier : Membre du conseil de groupement et convenor du groupe de travail Violation CP (depuis 2016).

BTP2 : Un membre de l’équipe siège en permanence au bureau des Théoriciens de Physique des Particules.

SFP : Organisation des conférences Questions de Physique (2008-2014).

CERN : Comité de pré-sélection des candidats français au programme Fellows.

GENCI 052271: Porteur du projet Calcul de QCD sur réseau en physique hadronique, renouvelé annuellement depuis 2008 et doté de 300k€/an (heures de calcul).

Niveau local

CPTGA: Membre du bureau de pilotage du Centre de Physique Théorique de Grenoble (depuis 2011).

UGA: Correspondant des Relations Internationales de l’UFR PhITEM (depuis 2012).

ENIGMASS : Responsable du programme visiteurs du Labex (2014-2015).

LPSC / colloques : Co-organisateur des colloques (2010-2017).

LPSC / CTI : un membre de l’équipe présent au Comité Technique Informatique depuis 2007, présidence de 2007 à 2011.

LPSC / CS : un membre de l’équipe présent au Conseil scientifique entre 2010 et 2016.

LPSC / CU : un membre de l’équipe présent au Conseil d’Unité depuis 2010.

Activités d’enseignement et associées

Outre les activités d’enseignement à l’UGA, notre équipe est impliquée dans:

Vietnam School of Physics: Organisation de l’école à Quy Nhon, Vietnam (bisannuelle; depuis 2016).

BUSSTEPP Summer School: Organisation de la 45ème édition à Londres, 2015, et tuteurs en 2015 et 2016.

Ecole de Physique des Houches : Probing the Strong Interaction at Fixed Target ExpeRiment with the LHC beams, 12–17 Jan 2014.

GRASPA: Membre du comité d’organisation de l’école en 2016 et 2017 ; cours Introduction to the Standard Model of particle physics (3h) en 2016 et 2017.

Université de Dortmund (Allemagne) : mobilité ERASMUS+ pour les enseignants au printemps 2015; cours QCD and collider physics (32h).

Université de Louvain (Belgique) : Professeur invité entre 2012 et 2017; cours Introduction to the Standard Model (3 x 22.5h) ; Models of New Physics (10h), Introduction to supersymmetry (10h).

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Organisation de conférences/workshops/Convenor de groupes de travail

Organisation de réunions, conférences ou workshops locaux :

Physics at TeV Colliders, Les Houches (tous les deux ans depuis 2007).

Implications of the 125 GeV Higgs boson, 3 réunions internationales entre 2012 et 2014, LPSC.

Rencontres de Physiques des Particules, 16-18 jan. 2013, LPSC.

ETMC collaboration meeting, 26-28 mai 2014, LPSC.

International Workshop on High-pT Physics at LHC, 24 - 28 sept., LPSC.

Strong CP puzzle and axions, 14-16 mai 2018, LPSC.

Hard Probes 2018, 1-5 oct. 2018, Aix-Les-Bains.

Organisation de réunions, conférences ou workshops internationaux :

Prospects in the Physics of Discrete Symmetries (DISCRETE 2014), London, UK [convenor].

DIS 2015, 27 avril – 1 mai 2015, SMU Dallas, TX, USA [convenor].

POETIC VI, 7–11 sep 2015, Palaiseau [LOC et convenor].

XLV International Symposium on Multiparticle Dynamics (ISMD 2015) 4-9 oct. 2015, Wildbad Kreuth, Germany [convenor].

SUSY 2015, Lake Tahoe, CA, USA [convenor].

Task force on Higgs fiducial cross sections LHC, 2015-16, CERN [convenor].

LHC-Ski: A first discussion of 13~TeV results, 2016, Obergurgl, Austria [Scientific advisory committee].

Bethe Forum Beyond the standard Higgs system, 2016, Bonn, Germany [OC].

Forum on the interpretation of the LHC results for BSM studies, CERN, [OC depuis 2016].

LHC Higgs Cross Section Off-shell Sub-working Group, CERN [convenor].

LHC Chapter II: the Run for New Physics, 2017, Natal, Brésil [OC].

Commissions of trust

Referee pour les revues: Physical Review D, Physical Review Letters, Nuclear Physics B, Physics Letters B, European Physical Journal A & C, JHEP, Journal of Physics G, Europhysics Letters, Few Body Systems, JCAP, National Science Center of Poland, Computer Physics Communications, International Journal of Modern Physics A, Modern Physics Letters A, New Journal of Physics, Annalen der Physik.

Participation à de nombreux jurys de thèses et d’HdR.

Travaux d’expertise pour l’AERES/France, ANVUR/Italy, DFG/Germany, FNRS/Belgium, NWO/Netherlands, STFC/UK.

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2. Activités scientifiques de l’équipe

Le LPSC a toujours eu une équipe de physique théorique importante, jusqu’à une dizaine de

chercheurs permanents. Par le passé, les thématiques étaient surtout centrées sur la physique

hadronique et nucléaire. Après la vague de départs des années 2000, l’équipe s’est rajeunie,

restructurée et réorientée vers la physique des particules. Comme nous l’illustrerons dans ce

rapport d’activités, notre équipe contribue aux avancées dans les domaines les plus actifs et

compétitifs de la physique des particules d’aujourd’hui. Grâce à ce dynamisme, à la fiabilité et

au sérieux de nos travaux, notre équipe bénéficie d’une excellente réputation et d’une visibilité

tant nationale qu’internationale.

Nos travaux couvrent un large spectre d’approches et de thématiques. Avant d’entrer dans le

détail, nos axes majeurs de recherche sont:

Les calculs de précision et le traitement des effets dus aux interactions fortes, en

particulier dans les collisions proton-proton du LHC, tant pour les processus du Modèle

Standard que pour ceux attendu dans divers scenarios de nouvelle physique.

La formulation de modèles de nouvelle physique, l’étude de leurs phénoménologies

aux collisionneurs présent ou futur, et celle de leurs conséquences astrophysiques,

cosmologiques, ou pour les expériences de haute intensité. La période récente ayant

été marquée par la découverte du boson de Higgs, nous lui avons consacré nombre

de nos travaux.

Ce spectre thématique est illustré ci-dessus, où nos centres d’intérêts majeurs apparaissent

au centre (rouge) et sont entourés de quelques-uns de nos axes de recherche actuels (jaune).

Nos activités sont également structurées en trois projets (bleu), qui bénéficient de financement

spécifiques. Même si l’affectation d’un projet de recherche dans l’une ou l’autre case est en

général délicate, nous adopterons autant que possible cette structuration dans l’exposé qui

suit. Pour simplifier, nous inclurons dans l’exposé des projets IN2P3 tous les axes de

recherche qui en relèvent, même marginalement, et listerons séparément nos autres activités.

Notons toutefois que d’un point de vue RH, ces « autres activités » représentent la majorité

des ETP des membres permanents de l’équipe.

Ces thématiques sont étroitement liées aux programmes expérimentaux du LPSC. Par

exemple, l’étude du boson de Higgs, la recherche de la supersymétrie, ou le contrôle des effets

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de l’interaction forte sont des préoccupations communes avec la collaboration ATLAS. Elles

sont partagées également par l’équipe UCN dans la mesure où de la nouvelle physique

introduit en général de nouvelles phases violant la symétrie CP, et contribuant donc aux

moments électriques dipolaires. Également, l’interaction forte est au cœur de l’activité de la

collaboration ALICE. Finalement, l’épineuse question de la nature de la matière noire mobilise

une partie de nos efforts et de ceux des équipes d’astrophysique.

A. Introduction : La phénoménologie en quelques mots

La physique théorique a comme objectif la construction de modèles mathématiques aussi

simples et complets que possible, capables de rendre compte d’un maximum de phénomènes

physiques à partir d’un minimum de paramètres libres. En physique des particules, ces

modèles décrivent les constituants élémentaires et leurs interactions. Dans ce contexte, le

siècle dernier a vu l’avènement du Modèle Standard (MS), décrivant presque tous les

processus connus en termes de juste 19 paramètres. Il laisse de côté l’interaction

gravitationnelle, dont le traitement quantique nous échappe, mais reste le meilleur modèle

disponible aujourd’hui. Bien sûr, le but ultime est d’inclure toutes les interactions au sein d’une

seule théorie ayant peu ou pas de paramètres libres. Le fonctionnement de l’univers, du

subatomique au cosmologique, découlerait alors entièrement de sa structure géométrique

intime.

Au quotidien, face à l’ampleur et l’ambition de cet

objectif, les théoriciens suivent deux axes de travail.

Un premier angle d’attaque est de tester le MS, et

d’estimer précisément ses paramètres libres. La

théorie intervient car le lien entre paramètres

fondamentaux et observables mesurés est indirect.

L’établir nécessite l’évaluation de corrections

quantiques, particulièrement complexes quand

l’interaction forte joue un rôle. Par exemple, lorsque

le LHC collisionne des protons, agrégats de quarks

et de gluons, ce sont ces derniers qui

interagissent. La mesure d’un paramètre

fondamental nécessite donc de contrôler la

distribution des constituants des protons.

Au lieu de tester le MS en espérant le prendre en

défaut, la deuxième approche est de regarder directement au-delà. En effet, passer du MS à

la théorie ultime, si elle existe, ne se fait probablement pas en une étape. Donc, partant des

limitations du MS, les théoriciens cherchent à construire des modèles un peu plus simples ou

complets. Par exemple, ils peuvent avoir moins de paramètres libres ou un meilleur

comportement quantique, expliquer pourquoi les neutrinos sont si légers, de quoi est faite la

matière noire, ou comment l’équilibre entre matière et antimatière s’est brisé après le Big Bang.

Reste alors à vérifier si ce modèle passe les contraintes expérimentales actuelles, puis à

analyser sa phénoménologie, entre autre aux collisionneurs, en vue de le valider directement.

Ici aussi, contrôler les interactions fortes est crucial pour identifier avec certitude un nouveau

phénomène.

Un peu d’histoire…

La prédiction du boson de Higgs illustre à merveille le travail des théoriciens, et leur rôle au

côté des expérimentateurs. L’interaction faible est la seule interaction fondamentale de courte

portée. Les trois autres, fortes, électromagnétiques, et gravitationnelles, sont de portée infinie

car dues à l’échange de particules sans masse : gluons, photons, et gravitons. Jusqu’en 1969,

le modèle de Fermi était utilisé pour décrire l’interaction faible. Bien qu’en parfait accord avec

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l’expérience, ce modèle ne satisfaisait pas les théoriciens. Il n’expliquait pas pourquoi les

vecteurs de l’interaction faible avaient une masse et, plus grave, il était incompatible avec

certains préceptes de théorie des champs jugés incontournables : la renormalisabilité et

l’unitarité.

C’est ce problème qu’Englert, Higgs et d’autres ont résolu, ce

qui leur a valu le Prix Nobel 2013. Ils ont montré comment

générer la masse des vecteurs de l’interaction faible, et donc

la rendre de courte portée, à travers leurs interactions avec un

champ scalaire. Procéder ainsi préserve la symétrie de la

théorie et la rend renormalisable et unitaire. La preuve de ce

dernier point valut à ‘t Hooft et Veltman le Prix Nobel 1999. Ce

mécanisme est à la base du MS, tel que formulé par Glashow,

Weinberg, et Salam, Prix Nobel 1979. Ses prédictions se sont

toutes spectaculairement vérifiées, la dernière en date étant

l’existence du champ scalaire –le boson de Higgs– découvert

en 2012 au LHC.

Chromodynamique Quantique

La Chromodynamique Quantique (QCD) est la théorie des interactions fortes, dont l’ambition

est d’expliquer aussi bien la cohésion des noyaux, que la structure des neutrons et des

protons, c’est-à-dire la majeure partie de la matière visible de l’Univers. L'un de nos domaines

principaux de recherche concerne ainsi l’étude de la structure des nucléons et des noyaux

complexes, activité pour laquelle nous utilisons des outils de QCD aussi bien perturbatifs que

non perturbatifs.

Détermination des distributions de partons par analyses globales

Parmi les ingrédients fondamentaux de la QCD, les distributions de partons jouent un rôle

essentiel pour connecter la dynamique des quarks et des gluons de la QCD aux sections

efficaces de diffusion dans les collisionneurs hadroniques. L’un des volets dominants de

l’activité QCD du groupe concerne donc l’étude de ces distributions de partons.

La connaissance aussi précise que possible des PDF, c’est-à-dire de la structure des hadrons,

est indispensable pour exploiter au mieux les résultats expérimentaux des collisionneurs de

haute énergie utilisant des hadrons dans l'état initial. En particulier, les PDF sont

indispensables à la détermination d'une large classe d'observables, et des outils essentiels

pour pouvoir prédire les sections efficaces des collisions p-p, p-A, A-A (ainsi que γ-p et γ-A)

au Large Hadron Collider (LHC), indispensables au succès de son ambitieux programme de

physique. Rappelons que le LHC explore les lois fondamentales de la nature à l'échelle du

tera-électronvolt, ce qui inclut l'étude du mécanisme de brisure de symétrie électrofaible, les

recherches de signaux d'une nouvelle physique, les tests de la Chromodynamique Quantique

perturbative (pQCD) dans des domaines cinématiques jamais explorés jusqu'alors, ainsi que

les études détaillées des propriétés du plasma de quarks et de gluons (QGP). De plus, les

PDF ne sont pas seulement des outils ou des prérequis empiriques pour les calculs, mais

représentent aussi en elles-mêmes un sujet d'étude crucial de la chromodynamique quantique

(QCD); elles font en particulier l'objet d'études par calculs sur réseau, ou via des théories

effectives.

Les PDF sont déterminées par des ajustements globaux des données d'une grande variété de

processus durs en utilisant le cadre théorique nCTEQ, qui a été développé par notre groupe

au LPSC avec quelques membres de la collaboration CTEQ. Cette approche représente une

extension du cadre théorique de la collaboration CTEQ pour analyser les PDF dans les

protons, et permet de traiter plusieurs noyaux avec nombre atomique A, reproduisant le cas

du proton dans la limite A→1. Un aspect unique de notre approche est ainsi sa large portée

puisque nous analysons les PDF dans les protons et les noyaux en utilisant un cadre théorique

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cohérent et unifié, au lieu de la pratique habituelle qui consiste à considérer soit des protons

soit des noyaux. Notre groupe a investi un effort tout particulier dans la détermination des PDF

nucléaires nCTEQ et de leurs incertitudes. Par exemple, dans la figure ci-dessous sont

représentées les PDF des quarks de valence dans un noyau de plomb et leurs incertitudes, à

une énergie de 10 GeV, comparées aux résultats obtenus par différents groupes nPDF

(HKN07, EPS09, DSSZ).

Un autre projet innovant concernant les PDFs s’est développé ces trois dernières années, dont

l’ambition principale est d'appliquer les méthodes de Monte-Carlo par chaînes de Markov

(MCMC) à la détermination des PDFs. L’un des intérêts majeurs de ces méthodes est de

fournir les densités de probabilité des PDFs, et donc des incertitudes sur les PDFs qui reposent

sur des arguments statistiques rigoureux, évitant ainsi le recours à un critère de tolérance

« arbitraire », inévitable dans la plupart des approches standards d’analyses globales. Grâce

à l’utilisation d’un algorithme particulièrement efficace, développé initialement pour le calcul

sur réseau, nous avons pu surmonter les difficultés techniques liées aux méthodes Monte

Carlo et implémenter avec succès un algorithme MCMC dans le code public xFITTER,

obtenant ainsi pour la première fois un ensemble de PDF-Monte Carlo réalistes. Nous avons

donc montré que ces méthodes MCMC sont applicables aux calculs des PDFs, ce qui

représente une avancée novatrice dans le domaine des analyses globales. Étant donné

l’intérêt suscité dans la communauté par cette première étude, ce travail sera

incontestablement amené à se développer dans un futur proche.

Chromodynamique quantique sur réseau

Une activité annexe de QCD concerne la QCD sur réseau (LQCD) et en particulier son

application aux calculs des propriétés des hadrons. L’objectif de la LQCD – dont le principe

s’inspire de la Physique Statistique – est de résoudre rigoureusement la théorie quantique de

l’interaction forte, c’est-à-dire de trouver les solutions de cette théorie fondamentale sans

hypothèses incontrôlées et avec des précisions rivalisant avec celles atteintes par les

expériences. Cette méthode est la seule approche connue à ce jour, qui permet des calculs

ab-initio de quantités non perturbatives.

Les activités de QCD sur réseau se concentrent sur le calcul des propriétés des hadrons et

sur la renormalisation non perturbative. Comprendre et décrire la structure des hadrons à partir

des premiers principes est en effet l'un des buts fondamentaux de la LQCD. Cependant, alors

que la LQCD est devenue ces dernières années une technique de haute précision pour

plusieurs observables, le calcul des éléments de matrice du nucléon reste un défi. Ces calculs

impliquent en particulier une estimation précise des constantes de renormalisation, qui sont

essentielles pour permettre la comparaison entre les éléments de matrice calculés sur réseau

et les observables physiques. Or la possibilité d'effectuer une renormalisation non perturbative

est un élément crucial de la LQCD.

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Nous nous sommes donc investis dans le calcul des constantes de renormalisation des

opérateurs fermioniques bilinéaires locaux et à une dérivée, qui sont les opérateurs qui

interviennent dans le calcul des éléments de matrice utilisés pour extraire les fonctions de

structure du nucléon. Une comparaison fiable de ces éléments de matrice avec les valeurs

extraites des expériences représente à la fois un défi et une opportunité pour la QCD sur

réseau. Nous utilisons pour cette analyse une méthode originale qui permet un traitement

efficace des artefacts hypercubiques dus au réseau.

Notons enfin que la QCD en général, et la QCD sur réseau en particulier, sont des domaines

de recherche extrêmement vastes avec pléthores d’applications. On pourrait ainsi envisager

d’utiliser les techniques de QCD sur réseau pour calculer directement les PDFs à partir des

premiers principes, s’affranchissant ainsi des inconvénients des analyses globales, ou encore

de calculer des observables d’intérêt liées à la physique des saveurs.

Conséquences de la découverte du boson de Higgs

Le LHC explore la physique à l’échelle

d’énergie du TeV, dans l’espoir d’y

découvrir les mécanismes régissant la

brisure de la symétrie électrofaible et

d’observer les premiers signes d’une

dynamique au-delà du Modèle Standard

(MS). La découverte en 2012 d’une

nouvelle particule, avec une masse

d’environ 125 GeV et des propriétés

proches de celles attendues pour le

boson de Higgs du MS, véritable pierre

angulaire de ce modèle, constitue donc

un premier triomphe pour ce programme.

Même conforté par cette découverte, le MS laisse beaucoup de questions en suspens. Outre

qu’il exclut la gravité, les valeurs mesurées de ses paramètres ne semblent pas arbitraires.

Par exemple, la convergence des constantes de couplage forte, faible et électromagnétique

ou la petitesse des masses des neutrinos ne se comprennent naturellement qu’en présence

d’une nouvelle dynamique à très haute énergie, entre 1012 et 1016 GeV. Plus grave, la légèreté

du boson de Higgs par rapport à ces énergies est inexplicable dans le cadre du MS où les

corrections radiatives l’alourdiraient terriblement.

Ce problème de hiérarchie peut se résoudre par l’extension du MS dès l’échelle d’énergie du

TeV. Toutes les extensions proposées introduisent de nouvelles particules, qu’elles soient

fermioniques (matière), vectorielles (interaction), ou scalaires (similaires au boson de Higgs).

N’étant pas toutes beaucoup plus lourdes que celles du MS, elles peuvent affecter sa

dynamique. En particulier, les propriétés du boson majoritairement en charge de la brisure

électrofaible sont altérées. De ce fait, l’étude détaillée du boson observé à 125 GeV nous ouvre

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une fenêtre précieuse sur la nouvelle physique, et impacte directement les modèles les plus

étudiés : supersymétrie, nouvelles dimensions spatiales, brisures non-perturbatives

(technicouleur, little Higgs,…), ou plus génériquement les modèles avec groupes de jauge

étendus, secteur de Higgs élargi, ou nouvelle génération de matière.

Notre groupe s’est fortement impliqué dans cette problématique, que ce soit via des analyses

génériques et globales, suivant une stratégie effective ou phénoménologique, ou via l’étude

précise des prédictions d’un modèle spécifique de nouvelle physique tel par exemple le

modèle à deux doublets de Higgs. Également, nous avons développé un outil d’analyse

statistique puissant des signaux observés du boson de Higgs dans différents canaux,

permettant de quantifier précisément toute déviation par rapport aux prédictions du MS

(comme illustré par la figure ci-dessus).

Phénomènes supersymétriques aux collisionneurs

Les principes de symétrie sous-tendent les

théories de physique des particules

élémentaires. Historiquement, le premier

groupe de symétrie est celui de Galilée,

intimement lié à la mécanique classique. Plus

tard, ce groupe fut supplanté par celui de

Poincaré, intrinsèque à la relativité restreinte.

La supersymétrie (SUSY) s’inscrit dans cette

évolution; sa version locale pourrait même en

être l’étape ultime dans le cadre d’une théorie

quantique des champs. Elle offre une

description unifiée des particules de spins

entiers et demi-entiers, éliminant ainsi la

distinction entre interactions dues à l’échange

cohérent de bosons et matières stabilisées

grâce au principe d’exclusion de Fermi.

Phénoménologiquement, le principal attrait de la SUSY est qu’elle résout le problème de

hiérarchie : grâce à la présence d’un partenaire de spin différent d’1/2 pour chaque particule

du MS, les corrections radiatives se compensent largement, et le boson de Higgs ne s’alourdit

plus autant. Évidemment, cette compensation n’est efficace qu’avec des partenaires pas trop

lourds. Typiquement, ils devraient avoir des masses de l’ordre du TeV, c’est-à-dire être

accessibles au LHC.

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Toutefois, la SUSY en tant que telle est loin d’être un principe suffisant pour complétement

définir une théorie. En effet, cette symétrie ne peut être qu’approximative à basse énergie

puisque particules et sparticules n’ont pas les mêmes masses. Actuellement, de nombreux

modèles ou descriptions phénoménologiques de sa brisure coexistent, ce qui rend l’étude de

la SUSY plutôt complexe. D’un autre côté, cette sous-détermination peut être vue comme une

qualité phénoménologique: de par sa versatilité, la SUSY permet de sonder une large gamme

d’effets de nouvelle physique, et ce tout en restant dans le cadre d’une théorie renormalisable,

dont les corrections quantiques sont calculables.

Le contexte supersymétrique couvre une large partie de nos activités. Comme pour l’étude du

boson de Higgs, celle de la SUSY peut se faire de façon effective, c’est-à-dire en tentant de

couvrir aussi largement que possible ses réalisations concrètes, ou de façon spécifique en se

concentrant sur un modèle précis. Nos travaux suivent l’une ou l’autre voie, et tentent surtout

d’interpréter les contraintes expérimentales et/ou de proposer de nouvelles stratégies pour

découvrir ou contraindre la SUSY.

En plus de la SUSY, notre groupe étudie beaucoup d’autres scenarios de nouvelle physique.

Récemment, ces travaux ont surtout reposé sur le formalisme effectif, que ce soit pour

interpréter le signal d’un boson de Higgs à 125 GeV et les mesures de ses couplages, les

limites « Simplified Model Spectra », la violation du nombre baryonique dans les canaux

dileptons, ou la recherche de matière noire. À chaque fois, nous avons paramétré en toute

généralité, sans référence à un modèle particulier, l’impact de la nouvelle physique. De plus,

nous avons souvent illustré ces analyses à l’aide de modèles spécifiques, par exemple les

secteurs scalaires étendus pour les études du boson de Higgs et de la matière noire, ou les

leptoquarks pour celles sur la violation du nombre baryonique. Enfin, nous nous sommes

intéressés aux théories introduisant de nouveaux bosons de jauges (W’, Z’) très massifs. De

telles particules se détectent via leurs désintégrations, par exemple en paires de leptons et/ou

de quarks, qui souffrent d’importantes incertitudes dues aux interactions fortes. Grâce à nos

calculs des corrections quantiques, nous avons pu réduire ces incertitudes, ce qui permettrait,

au moins en principe, de caractériser la théorie sous-jacente à partir de signaux

expérimentaux.

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Matière noire : Propriétés et contraintes

À moins de profondément modifier notre compréhension de la gravité, l’univers ne peut être

constitué uniquement de matière connue. Les preuves cosmologiques et astrophysiques de

l’existence d’une grande quantité de matière noire s’accumulent et, dans une large mesure,

concordent. Si cette matière noire (dénotée DM pour dark matter) se compose de particules,

elles doivent être stables à l’échelle de l’âge de l’univers, électriquement neutres, et non

relativistes. Ceci étant, aujourd’hui, nous n’en savons pas plus sur cette forme de matière, et

nous ne l’avons pas observée directement sur terre. Quelques candidats, et les théories d’où

ils émergent, sont repris dans la figure ci-dessus, due à T. Tait.

Néanmoins, les théoriciens s’attendent à ce que la DM ne soit pas très différente de la matière

classique. D’abord, les densités reliques de matière baryonique et noire sont très proches,

juste un facteur cinq. Puis, le MS contient déjà des particules de DM, les neutrinos, même si

pas en quantité suffisante. Ensuite, les théories de nouvelle physique incluent souvent, ou

peuvent facilement inclure, une particule stable, neutre et suffisamment massive. Enfin, si

cette particule de DM interagit avec celles du MS, alors l’intensité de cette interaction doit être

similaire à celle de l’interaction faible. Par exemple, en supersymétrie avec parité R, le plus

léger des super-partenaires neutres des bosons de Higgs et de jauge peut parfaitement remplir

ce rôle. Plus généralement, tous ces indices pointent vers une modification relativement légère

du MS, et non vers un changement complet de paradigme.

Une telle interaction de la DM avec la matière ordinaire ouvre la possibilité de l’observer

directement, tant aux expériences dédiées qu’aux collisionneurs. Inversement, la mesure de

sa densité relique et l’absence actuelle de signaux deviennent contraignantes pour nos

modèles de nouvelle physique. Cette connexion est à la base de nos travaux. Comme

précédemment, nous suivons typiquement l’une des deux stratégies complémentaires pour

l’exploiter : soit effective, en paramétrant les couplages de la DM de manière générique, soit

dans un modèle particulier, en étudiant la viabilité de son candidat DM.

B. Projet LHCiTools

Structure

Porteur : S. Kraml, LPSC.

Financement : 6k€ en 2017 – 11k€ en 2018.

Participants :

Nom Prénom Laboratoire Statut % ETP

Kraml Sabine LPSC DR 50%

Schienbein Ingo LPSC MCF 20%

Quevillon Jérémie LPSC CR 25-50%

Chalons Guillaume LPSC CDD 100%

Gonzales Humberto LPSC Doctorant 100%

Svirina Kseniia LPSC Doctorante 25%

Objectifs scientifiques

The quest for new physics beyond the Standard Model (BSM) is one of the driving topics of the LHC physics program. To this end, the ATLAS and CMS experiments are pursuing searches for new physics in a vast variety of channels. The results are interpreted by the

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experimental collaborations themselves in terms of simplified models, popular minimal BSM models or sometimes in terms of effective theories.

There exists, however, a multitude of BSM theories, and each of them comes with a large variety of concrete realizations. This leads to a plethora of possible scenarios, with complex interrelations between parameters and signatures. Moreover, given the absence of any compelling sign of new physics in the LHC data so far, new theories are constantly being developed taking a new angle of view on EWSB and the problems of the SM. New models or scenarios can be constrained by (re)interpreting the existing data, even if the experimental analyses were not directly designed for them. Likewise, in the event of the discovery of new particle(s), consistency checks of all kinds of models with all the available data are necessary in order to single out the correct theory.

Indispensable to this end are sophisticated software tools, which allow wide classes of models to be tested against the plethora of ATLAS and CMS results, to derive the relevant limits, find loopholes in the current searches, and to pinpoint the most interesting areas for future experimental and theoretical investigations. In this respect it is also important to note that the interpretations by the experimental collaborations themselves are mostly done on an analysis-by-analysis basis. It is up to phenomenologists working outside the experimental collaborations to develop these tools and derive a comprehensive, global view of what all the LHC data tell us about BSM physics.

In this project, we therefore aim at developing methods and public tools for the interpretation of the LHC results. This effort started with the Les Houches Recommendations for the Presentation of LHC Results (S. Kraml et al., EPJC72, 2012, arXiv:1203.2489) and is now a driving force in the Forum on the Interpretation of the LHC Results for BSM studies1 at CERN. The specific aspects and tools we have been developing revolve along three major lines:

use of Higgs measurements to constrain new physics (Lilith)

(re)interpretation of simplified model results from the LHC (SModelS)

recasting of BSM searches with Monte Carlo simulation (MadAnalysis5 PAD)

Each of these is explained briefly below.

Higgs constraints on new physics: Lilith and beyond

The computer code developed for our studies of the implications of the 125 GeV Higgs boson, which was originally written in FORTRAN, was turned into the public tool Lilith by two of our PhD students (Bernon, Dumont). Lilith is a Python library which assess the compatibility of a non-standard Higgs sector with all available signal strength measurements of the observed state at 125 GeV. The code is easily extensible and very fast, which is important for large scans. The results of Lilith can be used to constrain a wide class of new physics scenarios. We used Lilith for a number of phenomenological works, including the very complete study, in two volumes, of the alignment limit in two-Higgs-doublet models and its implications for LHC measurements.

For the future, besides updating and improving Lilith, it will be particularly interesting to go beyond the use of signal strengths. Indeed, in situations in which the kinematic distribution of the signal depends on model parameters, simple scaling of production cross sections and decay branching ratios relative to the SM is not appropriate — one must account for the change in the signal selection efficiencies. Such situations can arise from the presence of new Higgs production modes, e.g., from decays of heavier new states, or from new vertex structures. The problematic of new Higgs production modes invalidating the signal strength approach was pointed out by us in the context of two-Higgs-doublet models in, but in-depth studies and public tools are still missing.

1 https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/LHCPhysics/InterpretingLHCresults

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The solution lies in using particle-level differential measurements. ATLAS and CMS are already providing total and differential fiducial cross section measurements for several Higgs

decay modes (H → , H → ZZ∗ → 4leptons and H → WW∗ → 2l2). Moreover, since Run 2, they are providing so-called simplified template cross sections, i.e. unfolded distributions for specific Higgs production modes in which all decay modes are combined. We want to develop the relevant machinery for making use of these data.

With this in mind, we are at the moment investigating with a PhD student (K. Svirina) the Higgs and radion couplings in Rundall-Sundrum models. The aim is to develop a MadGraph5 implementation of the model which can be used for particle-level simulations in order to confront it to differential Higgs measurements.

Interpretation of simplified model results: SModelS

Simplified models have become one of the standard methods for ATLAS and CMS to optimize analyses for specific signatures, compare the reach, and communicate the results of their searches for new particles. They reduce complex theories with potentially dozens of particles and a plethora of parameters to simple subsets with just a handful of new states in order to encapsulate specific phenomenological features. Often they are also designed in a ‘bottom-up’ approach by just adding one or two new particles to the SM, without any underlying UV-complete theory.

To make use of the plethora of simplified model spectra (SMS) results from ATLAS and CMS SUSY searches in an automatized way, we have created SModelS. The principle of SModelS is to decompose BSM collider signatures featuring a Z2 symmetry into simplified model topologies, using a generic procedure where each SMS is defined by the vertex structure and the SM final state particles; BSM particles are described only by their masses, production cross sections and branching ratios. Since it does not require any Monte Carlo simulation, model testing with SModelS is very fast, which is a boon for large scans. Moreover, the tool allows to conveniently identify the most important signal topologies (“missing topologies”) which are not covered by any SMS result.

Since the first public release of SModelS in 2014 (v1.0), the code base has undergone significant structural changes. Version 1.1 published in 2017 comes with many new features, the most important one being the extension to efficiency maps. The advantage of efficiency maps is that they allow to combine contributions from different SMS topologies to the same signal region of a given experimental analysis. This significantly enhances the coverage and constraining power of the SMS results.

We have used SModelS for a number of phenomenological studies, assessing the current LHC constraints for the MSSM with very light neutralino dark matter, the MSSM with mixed sneutrino dark matter, and U(1) extensions of the MSSM. We also investigated, in arXiv:1707.09036, to what extent the phenomenological MSSM with 19 free parameters can indeed be constrained by SMS results and identified the most important missing SMS. We are now working on producing efficiency maps for these missing SMS with analysis recasting (see below).

All this –the development of SModelSv1.1 and the related phenomenological studies– was part of the thesis of Ursula Laa. Ursula defended her thesis in Sep. 2017 and is now a postdoc in Melbourne. A new PhD student, H. Reyes Gonzalez, will continue the work.

For the future (next 3 years?), we plan to extend SModelS in several important ways. A first step will be to include live-time information to be able to treat constraints on long-lived particles. Moreover, we want to extend the model input from SLHA(-like) files to the Lagrangian level, in order to be able to link to, e.g., MadGraph implementations of new models. Finally, to go beyond the assumption of a Z2 symmetry2, we plan--and need--to completely revise the

2 The Z2 symmetry implies that SModelS is currently limited to signal topologies with a two-branch structure from the production of two BSM particles, which each decay promptly into SM particles plus missing transverse energy in the final state. Signal topologies with single production, new particles

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SModelS internal language used for the decomposition and the matching with the results in the database. The data description in the results database itself also has to be adapted. This will be SModelSv2.0.

Both Lilith and SModelS were interfaced to MicrOMEGAs4.3 for the automatic evaluation of collider constrains for dark matter candidates (publ. in Comput. Phys. Commun. 222, 2018).

Recasting BSM searches with Monte Carlo simulation: the MadAnalysis5 public analysis database

The most direct way of (re)interpreting an experimental search for new physics3 is to simulate the events that would be measured in an analysis if a particular model were true, and to compare this to the actual data. This is a highly complex and extremely CPU-intensive undertaking, but more general and more precise than using simplified model results. Care must be taken to simulate all relevant processes for the model under consideration, and to correctly reproduce the experimental analysis in the computer simulation, including a reliable emulation of detector effects.

To this end, together with B. Fuks and E. Conte, we made an extension of the expert mode of MadAnalysis5, and presented the implementation of several ATLAS and CMS new physics searches. This is called the “Public Analysis Database” (PAD) in MadAnalysis5.

The PAD has been growing steadily and is used by many people. We also used the PAD codes ourselves for phenomenological studies: to derive the LHC limits on the Inert Doublet Model, to examine the sensitivity of mono-jet and multi-jet analyses for gluino loop decays, to show how monojet searches constrain momentum-dependent dark matter interactions, to investigate scalar versus fermionic top partner interpretations of t-tbar + MET searches at the LHC, and to derive the LHC limits for dark matter models with a spin-2 mediator. All this was possible because a PhD student (Dumont) and three postdocs (Chalons, Kulkarni and Sengupta), plus a postdoc from Annecy, were heavily involved in creating and extending the PAD. Later also U. Laa and K. Mawatari contributed to our recasting efforts.

Much remains to be done. In fact the SUSY and Exotica groups of ATLAS and CMS each pursue more than 20 different analyses, of which just a fraction is covered in existing recast tools. A few recast codes are currently being validated by Korean students supervised by G. Chalons (from a workshop last Summer). It would be highly valuable to have, by the end of the Long Shutdown 2, a fairly complete set of recast codes for the SUSY and Exotica searches from Run 2, in particular in view of the exciting new analyses focusing on long-lived particles which are coming up. With the diminishing number of postdocs this activity can, however, hardly be kept up in our group.

Note on person power

The activity profited from ample of person power with 3 students (Bernon, Dumont, Laa) and 4 postdocs (Chalons, Kulkarni, Mawatari, Sengupta) in 2014–2016, which allowed us to make major advances on several lines and maximally exploit the LHC Run 1 results. This is obviously reflected in the scientific output and impact in this time. However, this was just the beginning — much remains to be done for Runs 2 and 3 of the LHC at 13–14 TeV. Unfortunately, the contribution of young researchers is now reduced to one student and one postdoc fully working on the project in 2018, with a small (25% ETP) contribution from another student. From Oct. 2018 onwards, there will be no postdoc unless we find new funding. An ERC grant proposal in 2017 focusing on tools development for re-interpretation was, unfortunately, unsuccessful.

decaying only to SM final states, long- lived particles, SUSY with R-parity violation and models with heavy top partners are important examples of cases that are not covered.

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C. Projet PDFs and Hard Processes

Structure

Porteur : I. Schienbein, LPSC.

Financement : 6k€ en 2017 – 6k€ en 2018.

Participants :

Nom Prénom Laboratoire Statut % ETP

Gbedo Gabin LPSC Doctorant 100%

Hassan Hadi LPSC Doctorant 20%

Kusina Aleksander LPSC CDD 100%

Mangin-Brinet Mariane LPSC CR 60%

Schienbein Ingo LPSC MCF 40%

In 2018, the team at the LPSC consists of Ingo Schienbein, Mariane Mangin-Brinet and Hadi

Hassan. Aleksander Kusina now holds a senior post-doc position at INP Cracow but continues

to work on the project. Gabin Gbedo has defended his PhD thesis in 2017 and is not involved

anymore in 2018. Furthermore, the research is done in collaboration with members of the

nCTEQ collaboration which is has been founded in 2006 by IS, Fred Olness (PR at SMU

Dallas) and Ji-Young Yu. Current members of the nCTEQ collaboration are: IS (LPSC) Ji-Yung

Yu (LPSC, visiteur), F. Olness (PR, SMU), E. Godat (PhD, SMU), K. Kovarik (staff, U Munster),

T. Jezo (Post-Doc, U Zurich), A. Kusina (Post-Doc, INP Cracow), J. Owens (PR, Florida State

University), J. Morfin (Senior Exp., FNAL), C. Keppel (PR Hampton Univ, JLAB).

Web page: https://ncteq.hepforge.org/

Objectifs scientifiques

Understanding the nucleon structure is one of the fundamental problems of contemporary

particle physics. In QCD, important aspects of the structure are described by parton distribution

functions (PDFs) which are probability densities of finding quarks and gluons carrying a fraction

x of the momentum of the nucleon at an energy scale Q. PDFs are en essential ingredient to

make the connection between pp, pA, and AA collisions and the underlying partonic reactions.

For this reason, several groups worldwide analyze the partonic structure of the nucleon and of

complex nuclei by performing so-called global analyses. This is a highly competitive field and

our project, done in collaboration with members of the CTEQ collaboration, is the only global

analysis effort in France.

Recently, we have published a global analysis of nCTEQ15 nuclear PDFs including a set of

error PDFs. However, compared to the proton PDFs the nuclear PDFs are still quite poorly

known and theoretical assumptions have to be made due to the lack of constraining data.

Therefore, it will be crucial to incorporate hard process data from the LHC (vector boson

production, dijets, Drell-Yan lepton pairs, prompt photons,...) to improve our knowledge of the

nPDFs. Another crucial task is to get a better understanding of the uncertainties of the nuclear

PDFs (note that the Hessian error PDFs are modulo the assumptions made in the different

global analyses) and to obtain as reliable predictions with uncertainties for key observables in

pA and AA collisions at the LHC.

19

Specific tasks:

To include a data set into the global analysis the following steps have to be considered:

• First, usually, a phenomenological study of the new data is performed where NLO

theory predictions are computed and contrasted to the data. The potential impact of the

data is estimated using reweighting techniques. The data have to be included in our

global analysis framework in the form of data tables including all the information on

statistical and the correlated and uncorrelated systematical errors. The most time-

consuming part is the inclusion of the hard process at NLO (and eventually NNLO) into

the global analysis framework. Usually, an NLO computation is too time-consuming for

a 2-minimization analysis such that one has to employ grid techniques like APPLgrid

(http://applgrid.hepforge.org/) or fastNLO (http://fastnlo.hepforge.org/).

• The final step is then a detailed global analysis including the new data set where one

studies the impact on the PDFs and provides improved predictions for hard process

cross sections at the LHC.

In 2017, considerable progress has been made: First of all, the nCTEQ global analysis

package (organically grown in FORTRAN) has been entirely rewritten in C++ (thanks to a

major effort of our former PhD student Florian Lyonnet) and already been validated to a large

extent. The new code will provide much more flexibility allowing for studies in the future which

have not been possible with the old FORTRAN code.

Furthermore, Eric Godat (PhD student, SMU) has generated grids for the fast computation of

vector boson production at the LHC (see our recent paper EPJ C 77 (2017) 488) so that all

relevant W and Z production data taken in p-Pb collisions at the LHC can be included in the

next global analysis in 2018.

Finally, in a recent publication (arXiv:1712.08199) we have demonstrated the potential of

heavy quark and heavy quarkonium data taken in p-Pb collisions at the LHC to constraint the

nuclear gluon distribution at very small x. In particular we show that these data clearly point to

a shadowed gluon distribution. Abstracts have been submitted to the DIS 2018 conference and

the Quark Matter 2018 conference.

To get a more reliable understanding of the nPDF uncertainties which go beyond the Hessian

error bands for a given global analysis we plan to work in two directions:

• We study Markov Chain Monte Carlo techniques to determine proton (and nuclear)

PDFs. This approach would open up the Bayesian perspective on the uncertainties of

the fit parameters and consequently on observables. MCMC methods have so far not

been used in the field of PDF determinations and require dedicated studies on the

algorithms and parallelization to speed up the computations. The PhD thesis of Gabin

Gbedo (2015-2017) was dedicated to this task and a first article has been published in

PRD 96 (2017) 014015 and the results have been presented at the DIS 2017 conference.

• We plan to work on methods how to combine the nuclear PDF sets from different groups

using methods which have been already proposed for the combination of proton PDFs.

For this purpose we have developed tools to convert Hessian error PDFs into Monte

Carlo replicas. These techniques have already been used in two publications

[EPJC77(2017)488; arXiv:1712.07024] and will be further investigated in the future.

Last but not least we have contributed to larger community efforts:

• The impact of the heavy quark matching scales on PDF fits has been analyzed using

the Xfitter framework [EPJC77(2017)837];

• a white paper on parton distributions and lattice calculations [arXiv:1711.07916];

• work on an expression of interest for a fixed target experiment at CERN using the LHC

beams (AFTER@LHC).

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D. Projet Lattice calculations in hadronic physics

Structure

Porteur : V. Morénas, LPC Clermont.

Financement : 6k€ en 2017 – Projet renouvelé en 2018.

Participants :

Nom Prénom Laboratoire Statut % ETP

Morénas Vincent LPC PR 60%

Mangin-Brinet Mariane LPSC CR 20%

Pène Olivier LPT DR (retraité) 20%

Blossier Benoît LPT CR 20%

Bailas Gabriela LPC Doctorant 100%

Zafeiropoulos Savvas GU Frankfurt Postdoc 20%

Un étudiant en thèse devrait en principe se joindre au projet en 2018.

Objectifs scientifiques

L’objectif de ce projet est de calculer un certain nombre d’observables de physique hadronique

(facteurs de formes, constantes de désintégration, rapports d’embranchement,…) et de

paramètres du Modèle Standard (masses, constante de couplage fort,…) en LQCD. Ce cadre

théorique a pour principal avantage d’être non perturbatif par construction (le lagrangien de

QCD est utilisé directement) et de permettre d’améliorer, ou de ramener les incertitudes

théoriques à l’échelle des incertitudes expérimentales.

La première thématique, qui est développée par le LPC et le LPT, est l’étude de la production

de mésons charmés excités lors des désintégrations du B. Il s’agit tout d’abord de considérer

la production des premières excitations orbitales D∗∗ (cela permettra par exemple de résoudre

l’incohérence entre les prédictions théoriques perturbatives actuelles et les mesures

expérimentales) puis la désintégration des mésons B en mésons excités radialement (afin de

pouvoir expérimentalement distinguer leur rôle des excitations orbitales). Cette étude est

importante car leur détection sur le réseau représente un défi qu’il est nécessaire de résoudre.

Le second volet de ce projet, dans lequel est impliqué l’un des membres de notre groupe,

concerne le calcul de constantes de renormalisation -- indispensables à la prédiction théorique

d’observables – d’opérateurs fermioniques, en utilisant 2+1+1 saveurs de quarks dynamiques.

La renormalisation non perturbative est un ingrédient essentiel des calculs sur réseau. La

discrétisation de la QCD sur un réseau d'espace-temps fournit une régularisation évidente de

la théorie, en introduisant la maille du réseau comme coupure naturelle. Cependant, toute

comparaison avec des résultats physiques (en particulier en ce qui concerne les fonctions de

structure du nucléon) requiert un contrôle précis de la limite du continu. La renormalisation

permet, à partir des quantités nues calculées sur réseau, d'obtenir les observables physiques

(indépendantes donc de la maille du réseau), avec de bonnes précisions (typiquement de

l'ordre du pourcent). Les constantes de renormalisation sont donc des quantités cruciales pour

une comparaison pertinente entre les résultats expérimentaux disponibles et les calculs

théoriques, que ce soit pour les fonctions de structure ou les distributions de partons dans le

nucléon.

Ce projet a bien avancé au cours de la dernière année, puisque nous avons généré les

configurations Nf=4 nécessaires au calcul des constantes de renormalisation, et entamé

l’analyse en utilisant le schéma RI’-MOM. Comme pour une analyse précédente, nous avons

21

mis en œuvre une stratégie originale qui permet un traitement approprié des artefacts

hypercubiques dus au réseau.

E. Activités et axes de recherche hors projet

Supersymétrie et modèles associés :

Recherche des bosons de Higgs supersymétrique. Une des implications principales de

la découverte du boson de Higgs avec une masse de 125 GeV pour le modèle

supersymétrique minimal (MSSM) est que l’échelle où cette nouvelle symétrie est brisée

doit être relativement haute. Ceci dit, le vestige de cette supersymétrie pourrait provenir

des bosons de Higgs supplémentaires qui lui sont associés. Le fait que ces particules soient

légères (accessible au LHC) est très bien motivé et les collaborations ATLAS et CMS sont

tout particulièrement en train de sonder leur présence.

Parité R et brisure minimale : Dans un cadre supersymétrique, l’hypothèse de brisure

minimale de la saveur peut se substituer à la parité R, et donc profondément modifier la

phénoménologie supersymétrique au LHC. En particulier, cela pourrait expliquer l’absence

actuelle de signaux supersymétriques dans les canaux avec énergie manquante, et

constitue donc un cadre très attrayant et prometteur. Différents projets sont envisagés pour

étendre ces résultats à d’autres scénarios supersymétriques.

Modèle à supersymétrie non minimale au LHC : La plupart des modèles

supersymétriques étudiés sont dit minimaux. Ils ont le bien fait d’être à la fois

mathématiquement élégant et facile d’utilisation. Cependant, il existe des modèles non

minimaux qui sont tout aussi bien motivés physiquement, bien que plus difficiles d’accès.

Outre les modèles avec R-parité violée discutés ci-dessus, citons également ceux à deux

supersymétries, qui peuvent expliquer particulièrement bien les mesures actuelles relatives

au boson de Higgs, et qui prédisent l’existence de partenaires légers accessibles avec la

gamme d’énergie actuelle du LHC.

Étudier l’effet des particules supersymétriques indirectement. Un projet entièrement

défini est de réaliser le matching entre le MSSM et le Modèle Standard. En d’autres termes,

l’idée est d’encoder les effets du MSSM dans les opérateurs de dimension six. En pratique,

il faut donc calculer les contributions des particules supersymétriques telles que les stops,

les sbottoms, les staus et les bosons de Higgs lourds aux coefficients de Wilson de ces

opérateurs. Ces résultats permettront d’interpréter très simplement les résultats

expérimentaux dans le contexte des modèles supersymétriques lourds. Concrètement, une

limite obtenu expérimentalement sur une observable de valeur X se traduirait par une limite

expérimentale de Y sur la valeur de la masse du stop le plus léger par exemple. Il est

important que ce genre d’interprétation soit fiable et simple afin de sonder un maximum de

scénarios. Ce projet devrait faire l’objet d’un stage au printemps 2018.

22

Théories effectives et approches indépendantes de tout modèle.

Effets d’interférences. Nous avons en projet la mise au point d’une procédure permettant

de rechercher/trouver une nouvelle particule qui interférerait avec le bruit de fond (constitué

par les particules du modèle standard). En effet, si cette nouvelle particule (résonance

exotique, boson de Higgs lourd etc.) est produite par fusion de gluon, elle pourrait interférer

significativement de manière constructive ou destructive avec le bruit de fond. Ceci créerait

une structure très singulière qui n’est pas maîtrisée (une structure en “pic et creux”). Cette

thématique est l’objet d’un groupe de travail au CERN (LHC Higgs Cross Section Off-Shell

Sub-working Group).

Généralisation des paramètres S, T, U. Ces paramètres introduits par Peskin et Takeuchi

servent à confronter les modèles de nouvelle physique à la dure réalité des mesures du

secteur électrofaible. Toutefois, ils n’encodent pas entièrement les effets de tout type de

nouvelle physique. Plus généralement, une approche possible est de considérer l’ensemble

des coefficients des opérateurs de dimension six, et pas seulement ceux qui contribuent à

S, T, U. La mise en place d’un tel formalisme offrirait une approche standard afin de

confronter tout modèle à l’expérience de façon systématique, simple et précise.

Interactions violant le nombre baryonique et/ou leptonique. Le même principe de

brisure minimale de la saveur permet de caractériser les signaux de telles interactions au

LHC, tout en assurant un temps de vie suffisant au proton. Il serait donc intéressant de

considérer la violation du nombre baryonique dans d’autres modèles, y compris ceux où

cette violation émerge d’une brisure spontanée. Les liens potentiels avec les modèles de

neutrinos, introduisant en général une violation du nombre leptonique, pourraient ouvrir de

nouvelles et fructueuses voies de recherche. Également, les conséquences cosmologiques

(en particulier l’asymétrie matière-antimatière de l’Univers) restent à investiguer, ainsi que

l’implémentation de ces résultats en théorie unifiée.

Théorie effective de la brisure électrofaible : De nombreux scenarios prédisent

l’émergence d’un régime non-pertubatif à haute énergie (compositness, technicouleur,…).

Pour traiter ces théories, la stratégie et les outils sont très similaires à ceux déployés pour

QCD à basse énergie. Un projet possible serait donc d’étudier les réalisations dans ce

contexte de solutions non-perturbatives telles les instantons et skyrmions, bien connues en

QCD.

L’action effective universelle à une boucle. Le calcul des opérateurs de dimensions six

pour décrire les effets de nouvelles physique a été effectué en grande partie. Ceci dit, le

résultat n’est pas encore complet dû à la technicité des calculs. Notre objectif est donc de

calculer l’expression la plus complète qu’il soit de l’action universelle à une boucle dans les

deux prochaines années. Une fois cette tâche effectuée, nous nous attellerons à plusieurs

applications de taille concernant le calcul des d’équations du groupe de renormalisation, la

physique de la saveur, les modèles inflationnaires et l’impact des espaces courbes.

Secteur sombre et/ou savoureux

Particule légère interagissant très faiblement. De nombreux modèles prédisent

l’existence de nouvelles particules légères, interagissant très faiblement avec celles du SM.

Citons par exemple les axions et familons, les mondes miroirs, les photons sombres, les

fermions millichargés, les neutralinos légers, et bien sûr divers candidats de matière noire.

Pour étudier systématiquement toutes ces alternatives, l’approche effective est idéale.

Différents projets sont en cours dans ce contexte. Nous étudions par exemple les

contraintes qui peuvent être posées sur de telles particules lorsqu’elles se couplent

préférentiellement au quark top.

23

Matière sombre savoureuse et axions : Le problème CP fort reste l’une des énigmes les

plus mystérieuses du modèle standard. La majorité des approches visant à résoudre ce

problème se repose sur l’existence d’une symétrie supplémentaire, spontanément brisée.

Elle utilise alors le boson de Goldstone associé pour éliminer dynamiquement la violation

CP forte. L’implémentation de cette idée nécessite toutefois de construire des modèles non-

minimaux, dont toutes les facettes n’ont pas été explorées. Par exemple, nous étudions

actuellement la compatibilité de cette symétrie supplémentaire avec une violation du

nombre leptonique ou baryonique. À plus long terme, évaluer la viabilité de tels scénarios,

tant du point de vue de leur phénoménologie aux collisionneurs que du point de vue

cosmologique, est en projet.

Saveurs leptoniques et EDM : La situation est relativement complexe dans le secteur

leptonique car l’origine de la masse des neutrinos n’est pas définitivement établie.

Néanmoins, une étude générique de l’impact des phases de violation de CP leptoniques

présentes dans différents scénarios sur les moments électrique dipolaires des quarks et

leptons a été publiée récemment, et pourrait être poursuivie par l’étude de scénarios avec

neutrino(s) stérile(s), tels ceux recherchés par l’équipe STEREO du LPSC.

Unification quark-lepton : Dans le contexte de la brisure minimale de la saveur, la seule

manière d’unifier quarks et leptons sans introduire de nouvelles et dangereuses structures

de saveur est d’identifier l’électron comme le lepton de troisième génération, c’est à dire

comme le partenaire des quarks top et bottom. Un tel schéma peut avoir des conséquences

diverses qui sont à investiguer. Citons par exemples les modèles de masse de neutrinos,

les théories de grande unification, et les modèles supersymétriques. Pour ces derniers, il

est à noter que le mécanisme garantissant la légèreté de l’électron agit également sur les

partenaires supersymétriques, et le stop se retrouve donc particulièrement léger.

Théorie conforme et violation de CP : L’étude formelle des dimensions anomales des

courants anomaux, leur relation avec les couplages effectifs induits non-perturbativement

par les instantons, et l’interprétation de ces relations dans le cadre des théorèmes de non

renormalisation a été initiée. L’idée est de vérifier si des points fixes pourraient exister, ou

si cette évolution est compatible avec l’existence d’un régime conforme à plus haute

énergie.

Futurs programmes expérimentaux

Prochains grands accélérateurs de particules. Nous devons nous préparer au

successeur du LHC. Un de nos programmes de recherche sera de tester chaque candidat

suivant les trois volets principaux :

Un minimum garanti. Le premier objectif sera d’extraire les connaissances que l’on

va acquérir de façon indépendante de toute découverte (il s’agit de la valeur

intrinsèque de la mesure en quelque sorte). Les mesures de précision concerneront

le boson de Higgs mais aussi les bosons de jauge et les propriétés du quark top.

D’une manière globale, ces mesures permettront l’exploration du mécanisme de

brisure spontanée de la symétrie électrofaible.

24

L’exploration de nouveaux territoires. Le deuxième objectif sera de cibler le plus

large possible en commençant par l’étude des scenarios de la physique au-delà du

modèle standard relativement bien justifiés. Cependant, il faudra tout de même

étudier la sensibilité des expériences pour des scenarios plus exotiques. Deux

facteurs importants seront à prendre en compte : premièrement, le fait de couvrir

la production de particules bien plus lourdes ; deuxièmement, le fait d’augmenter

la statistique de plusieurs ordres de grandeurs afin de dévoiler certains

phénomènes qui ne relèvent pas du modèle standard.

Répondre par oui/non à des questions de premier ordre. À plus long terme, le

troisième volet sera de résoudre entièrement la question sous-jacente à l’échelle

du TeV (matière noire de type WIMP, la baryogénèse, ou la naturalité associée à

l’échelle du TeV).

Anomalies en physique du B. Un autre axe de recherche serait d’étudier les implications

des anomalies observées en physique du B pour les futurs programmes expérimentaux aux

collisionneurs.

De la physique des particules vers la cosmologie

Axions et formations de structures. Un projet en cours est de raffiner nos prédictions

concernant les propriétés des amas de matière noire en fonctions des propriétés de l’axion

considéré.

Zwicky Transient Facility (ZTF). L’observatoire de Palomare (Caltech, USA) va mener un

programme de recherche (ZTF, cf. figure ci-contre) et nous avons proposé en tant que

collaborateurs externes d’y inclure un programme spécifique de recherche d’événements

de micro-lentillage gravitationnel (allant d’une durée de quelques minutes jusqu’à quelques

jours). Ce programme est prometteur et permettrait d’explorer la physique de l’univers

primordial. Les lentilles que nous essayerons de dévoiler sont des objets stellaires inconnus

telles des cordes cosmiques, des amas d’axions ou des trous noirs primordiaux. Tous ces

fossiles macroscopiques de l’univers primordial pourraient subsister aujourd’hui, or nous

n’avons actuellement aucunes contraintes expérimentales. Ce programme nous permettra

d’enfin sonder la physique de l’univers primordial.

Lentillage gravitationnel. Nous travaillons sur des analyses de micro-lentillage

gravitationnelle plus poussées. C’est-à-dire un même événement détecté de micro-

lentillage gravitationnelle peux à la fois provenir d’un amas d’axion, d’un trou noir primordial

ou d’autres objets compacts formé de matière noire. Notre objectif est d’établir un protocole

afin de discriminer entre tel ou tel candidat.

Matière noire et ondes gravitationnelles. La découverte récente des ondes

gravitationnelles promet l’exploration de nouveaux horizons y compris pour les physiciens

25

des particules. Nous travaillons sur les implications que pourrait avoir la matière noire sur

le processus violent où deux étoiles à neutrons fusionnent, émettant alors des ondes

gravitationnelles (phénomène récemment observé).

Rôle du boson Higgs dans l’univers primordial. Si le boson de Higgs n’est pas

accompagné d’autres découvertes au LHC, la piste de ce boson en lien avec l’univers

primordial et la période d’inflation (par exemple) est à explorer sérieusement. Il existe de

nombreuses connexions avec le point précédent (celui sur la formation de structures dans

l’univers primordial). Il s’agit d’une voie que nous prévoyons d’explorer.

26

3. Publications 2013-2018

INSPIRE breakdown 2013-2018 Total Published

Number of papers analyzed: 132 73

Number of citations: 3885 2800

Very well-known papers (100+) 10 8

Well-known papers (50-99) 11 8

Known papers (10-49) 49 34

Citations per paper: 29.4 38.4

hHEP index 33 28

(Tel qu’apparaissant au 10 janvier 2018)

1. Gluon shadowing and antishadowing in heavy-flavor production at the LHC. A. Kusina, J.-P. Lansberg, I. Schienbein, H.-S. Shao [arXiv:1712.07024 [hep-ph]].

2. Physics perspectives with AFTER@LHC (A Fixed Target ExpeRiment at LHC). L. Massacrier et al. [arXiv:1712.01740 [hep-ex]].

3. Parton distributions and lattice QCD calculations: a community white paper. Huey-Wen Lin et al. [arXiv:1711.07916 [hep-ph]].

4. The pion vector form factor from Lattice QCD at the physical point. ETM Collaboration (C. Alexandrou et al.) [arXiv:1710.10401 [hep-lat]].

5. On the coverage of the pMSSM by simplified model results. U. Laa. [arXiv:1709.10386 [hep-ph]].

6. TMD splitting functions and the corresponding evolution equation. A. Kusina; PoS DIS2017 (2017) 049 [arXiv:1708.08057 [hep-ph]].

7. On the coverage of the pMSSM by simplified model results. F. Ambrogi, S. Kraml, S. Kulkarni, U. Laa, A. Lessa, W. Waltenberger [arXiv:1707.09036 [hep-ph]].

8. Electric dipole moments with and beyond flavor invariants. C. Smith, S. Touati, Nucl.Phys. B 924 (2017) 417-452 [arXiv:1707.06805 [hep-ph]].

9. Impact of the heavy quark matching scales in PDF fits. The xFitter Developers Team (V. Bertone et al.). Eur.Phys.J. C 77 (2017) no.12, 837. [arXiv:1707.05343 [hep-ph]].

10. LHC lead data and nuclear PDFs. A. Kusina et al.. Acta Phys.Polon. B 48 (2017) 1035 [arXiv:1705.06704 [hep-ph]].

11. Nucleon scalar and tensor charges using lattice QCD simulations at the physical value of the pion mass. C. Alexandrou et al. Phys.Rev. D 95 (2017) no.11, 114514, Erratum: Phys.Rev. D 96 (2017) no.9, 099906 [arXiv:1703.08788 [hep-lat]].

12. Recommendations of the LHC Dark Matter Working Group: Comparing LHC searches for heavy mediators of dark matter production in visible and invisible decay channels. A. Albert et al..[arXiv:1703.05703 [hep-ex]].

13. Invisible decay of the Higgs boson in the context of a thermal and nonthermal relic in MSSM. R. Kumar Barman, G. Belanger, B. Bhattacherjee, R. Godbole, G. Mendiratta, D. Sengupta, Phys.Rev. D 95 (2017) 095018 [arXiv:1703.03838 [hep-ph]].

14. QCD splitting-function dependence on evolution variable. S. Jadach, A. Kusina, W. Placzek, M. Skrzypek.

15. Markov chain Monte Carlo techniques applied to parton distribution functions determination: Proof of concept. Y. Gabin Gbedo, M. Mangin-Brinet, Phys.Rev. D 96 (2017) 014015 [arXiv:1701.07678 [hep-ph]].

27

16. Simplified dark matter models with a spin-2 mediator at the LHC. S. Kraml, U. Laa, K. Mawatari, K. Yamashita, Eur.Phys.J. C 77 (2017) 326 [arXiv:1701.07008 [hep-ph]].

17. SModelS v1.1 user manual. F. Ambrogi et al. [arXiv:1701.06586 [hep-ph]].

18. Towards a new paradigm for quark-lepton unification. C. Smith, JHEP 1705 (2017) 018 [arXiv:1612.03825 [hep-ph]].

19. Probing CP-violating Higgs and gauge-boson couplings in the Standard Model effective field theory. F. Ferreira, B. Fuks, V. Sanz, D. Sengupta, Eur.Phys.J. C 77 (2017) 675 [arXiv:1612.01808 [hep-ph]].

20. The Higgs singlet extension at LHC Run 2. G. Chalons, D. Lopez-Val, T. Robens, T. Stefaniak, PoS ICHEP2016 (2016) 1180 [arXiv:1611.03007 [hep-ph]].

21. Handbook of LHC Higgs Cross Sections: 4. Deciphering the Nature of the Higgs Sector. LHC Higgs Cross Section Working Group (D. de Florian et al.) [arXiv:1610.07922 [hep-ph]].

22. Vector boson production in pPb and PbPb collisions at the LHC and its impact on nCTEQ15 PDFs. A. Kusina et al., Eur.Phys.J. C 77 (2017) 488 [arXiv:1610.02925 [nucl-th]].

23. Monojet searches for momentum-dependent dark matter interactions. D. Barducci et al., JHEP 1701 (2017) 078 [arXiv:1609.07490 [hep-ph]].

24. Electroweak Higgs boson production in the standard model effective field theory beyond leading order in QCD. C. Degrande, B. Fuks, K. Mawatari, K. Mimasu, V. Sanz, Eur.Phys.J. C 77 (2017) 262 [arXiv:1609.04833 [hep-ph]].

25. Minimal Flavor Violation. C. Smith.

26. Single-Transverse-Spin-Asymmetry studies with a fixed-target experiment using the LHC beams (AFTER@LHC). J.P. Lansberg et al., PoS DIS2016 (2016) 241 [arXiv:1610.05228 [hep-ex]].

27. Impact of Heavy Flavor PDFs at the LHC. D. Benjamin Clark et al., PoS DIS2016 (2016) 141.

28. PyR@TE 2: A Python tool for computing RGEs at two-loop. F. Lyonnet, I. Schienbein, Comput.Phys.Commun. 213 (2017) 181-196 [arXiv:1608.07274 [hep-ph]].

29. tWH associated production at the LHC. F. Demartin, B. Maier, F. Maltoni, K. Mawatari, M. Zaro, Eur.Phys.J. C 77 (2017) 34 [arXiv:1607.05862 [hep-ph]].

30. Scalar versus fermionic top partner interpretations of t bar t + ET miss searches at the LHC. S. Kraml, U. Laa, L. Panizzi, H. Prager, JHEP 1611 (2016) 107 [arXiv:1607.02050 [hep-ph]].

31. Transverse momentum dependent splitting functions at work: quark-to-gluon splitting. M. Hentschinski, A. Kusina, K. Kutak, Phys.Rev. D 94 (2016) 114013 [arXiv:1607.01507 [hep-ph]].

32. Nuclear parton distributions from the nCTEQ group. A. Kusina, PoS DIS2016 (2016) 026 [arXiv:1611.01117 [hep-ph]].

33. The Higgs singlet extension at LHC Run 2. G. Chalons, D. Lopez-Val, T. Robens, T. Stefaniak, PoS DIS2016 (2016) 113 [arXiv:1606.07793 [hep-ph]].

34. nCTEQ15 nuclear parton distributions with uncertainties. A. Kusina, [arXiv:1606.07624 [hep-ph]].

35. Dark matter study from Lagrangian to data: in the FeynRules/MadGraph5_aMC@NLO framework. Kentarou Mawatari, PoS DSU2015 (2016) 054.

36. Collider limits on new physics within micrOMEGAs_4.3. D. Barducci, G. Belanger, J. Bernon, F. Boudjema, J. Da Silva, S. Kraml, U. Laa, A. Pukhov, Comput.Phys.Commun. 222 (2018) 327-338 [arXiv:1606.03834 [hep-ph]].

37. On the dependence of QCD splitting functions on the choice of the evolution variable. S. Jadach, A. Kusina, W. Placzek, M. Skrzypek, JHEP 1608 (2016) 092 [arXiv:1606.01238 [hep-ph]].

38. A comprehensive approach to dark matter studies: exploration of simplified top-philic models. C. Arina et al., JHEP 1611 (2016) 111 [arXiv:1605.09242 [hep-ph]].

39. Non-perturbative bottom PDF and its possible impact on new physics searches. A. Kusina, Acta Phys.Polon. B 47 (2016) 1519 [arXiv:1605.04736 [hep-ph]].

40. Les Houches 2015: Physics at TeV colliders - new physics working group report. G. Brooijmans et al. [arXiv:1605.02684 [hep-ph]].

28

41. Recommendations on presenting LHC searches for missing transverse energy signals using simplified s-channel models of dark matter. A. Boveia et al., [arXiv:1603.04156 [hep-ex]].

42. Characterising the 750 GeV diphoton excess. J. Bernon, A. Goudelis, S. Kraml, K. Mawatari, D. Sengupta. JHEP 1605 (2016) 128 [arXiv:1603.03421 [hep-ph]].

43. One-loop renormalization of the NMSSM in SloopS: The neutralino-chargino and sfermion sectors. G. Belanger, V. Bizouard, F. Boudjema, G. Chalons, Phys.Rev. D 93 (2016) 115031 [arXiv:1602.05495 [hep-ph]].

44. Physics case for a polarised target for AFTER@LHC. J.-P. Lansberg et al., PoS PSTP2015 (2016) 042 [arXiv:1602.06857 [nucl-ex]]..

45. Frontiers of QCD with Precision nPDFs. A. Kusina, F. Lyonnet, F. I. Olness, I. Schienbein, EPJ Web Conf. 112 (2016) 03006 [arXiv:1601.07115 [hep-ph]].

46. Diphoton excess in phenomenological spin-2 resonance scenarios. A. Martini, K. Mawatari, D. Sengupta. Phys.Rev. D 93 (2016) 075011 [arXiv:1601.05729 [hep-ph]].

47. Constraints and prospects of the radiative gluino decay at the LHC. D. Sengupta.

48. One jet to rule them all: monojet constraints and invisible decays of a 750 GeV diphoton resonance. D. Barducci, A. Goudelis, S. Kulkarni, D. Sengupta, JHEP 1605 (2016) 154 [arXiv:1512.06842 [hep-ph]].

49. Could the width of the diphoton anomaly signal a three-body decay?. J. Bernon, C. Smith, Phys.Lett. B 757 (2016) 148-153 [arXiv:1512.06113 [hep-ph]].

50. Heavy to light Higgs boson decays at NLO in the Singlet Extension of the Standard Model. F. Bojarski, G. Chalons, D. Lopez-Val, T. Robens, JHEP 1602 (2016) 147 [arXiv:1511.08120 [hep-ph]].

51. Electroweak top-quark pair production at the LHC with Z' bosons to NLO QCD in POWHEG. R. Bonciani, T. Jezo, M. Klasen, F. Lyonnet, I. Schienbein, JHEP 1602 (2016) 141 [arXiv:1511.08185 [hep-ph]].

52. Signatures of top flavour-changing dark matter. J. D'Hondt, A. Mariotti, K. Mawatari, S. Moortgat, P. Tziveloglou, G. Van Onsem, JHEP 1603 (2016) 060 [arXiv:1511.07463 [hep-ph]].

53. Scrutinizing the alignment limit in two-Higgs-doublet models. II. mH=125  GeV. J. Bernon, J. F. Gunion, H. E. Haber, Y. Jiang, S. Kraml, Phys.Rev. D 93 (2016) 035027 [arXiv:1511.03682 [hep-ph]].

54. Confronting the Inert Doublet Model with results from Run 1 of the LHC. D. Sengupta, PoS PLANCK2015 (2015) 118 [arXiv:1510.03429 [hep-ph]].

55. Interpreting LHC searches for new physics with SModelS. U. Laa, PoS EPS-HEP2015 (2015) 105 [arXiv:1510.01999 [hep-ph]].

56. Revisiting LHC gluino mass bounds through radiative decays using MadAnalysis 5. G. Chalons, D. Sengupta [arXiv:1509.03639 [hep-ph]].

57. nCTEQ15 - Global analysis of nuclear parton distributions with uncertainties. A. Kusina et al., PoS DIS2015 (2015) 041 [arXiv:1509.01801 [hep-ph]].

58. nCTEQ15 - Global analysis of nuclear parton distributions with uncertainties in the CTEQ framework. K. Kovarik et al., Phys.Rev. D 93 (2016) 085037 [arXiv:1509.00792 [hep-ph]].

59. Closing in on compressed gluino-neutralino spectra at the LHC. G. Chalons, D. Sengupta, JHEP 1512 (2015) 129 [arXiv:1508.06735 [hep-ph]].

60. NLO+NLL limits on W and Z gauge boson masses. T. Jezo, M. Klasen, D. Lamprea, F. Lyonnet, I. Schienbein, PoS DIS2015 (2015) 112.

61. NLO+NLL limits on W' and Z' gauge boson masses. T. Ježo, M. Klasen, D. R. Lamprea, F. Lyonnet, I. Schienbein, [arXiv:1508.03539 [hep-ph]].

62. On the intrinsic bottom content of the nucleon. F. Lyonnet, A. Kusina, K. Kovařík, T. Ježo, F. Olness, I. Schienbein, Ji-Young Yu, PoS DIS2015 (2015) 174 [arXiv:1507.08935 [hep-ph]].

63. First physics results at the physical pion mass from Nf=2 Wilson twisted mass fermions at maximal twist. ETM Collaboration (A. Abdel-Rehim et al.), Phys.Rev. D 95 (2017) 094515 [arXiv:1507.05068 [hep-lat]].

29

64. Nucleon and pion structure with lattice QCD simulations at physical value of the pion mass. A. Abdel-Rehim et al., Phys.Rev. D 92 (2015) 114513, Erratum: Phys.Rev. D 93 (2016) 039904 [arXiv:1507.04936 [hep-lat]].

65. Scrutinizing the alignment limit in two-Higgs-doublet models: mh=125  GeV. J. Bernon, J. F. Gunion, H. E. Haber, Y. Jiang, S. Kraml, Phys.Rev. D 92 (2015) 075004 [arXiv:1507.00933 [hep-ph]].

66. Evolution kernels for parton shower Monte Carlo. A. Kusina, O. Gituliar, S. Jadach, M. Skrzypek, Acta Phys.Polon. B 46 (2015) 1343-1353 [arXiv:1507.00842 [hep-ph]].

67. Dark Matter Benchmark Models for Early LHC Run-2 Searches: Report of the ATLAS/CMS Dark Matter Forum. D. Abercrombie et al. [arXiv:1507.00966 [hep-ex]].

68. Heavy-flavour and quarkonium production in the LHC era: from proton–proton to heavy-ion collisions. A. Andronic et al., Eur.Phys.J. C 76 (2016) 107 [arXiv:1506.03981 [nucl-ex]].

69. Light stop in the MSSM after LHC Run 1. G. Belanger, D. Ghosh, R. Godbole, S. Kulkarni, JHEP 1509 (2015) 214 [arXiv:1506.00665 [hep-ph]].

70. Probing U(1) extensions of the MSSM at the LHC Run I and in dark matter searches. G. Bélanger, J. Da Silva, U. Laa, A. Pukhov, JHEP 1509 (2015) 151 [arXiv:1505.06243 [hep-ph]].

71. From Higgs measurements to constraints on new physics with Lilith. J. Bernon, B. Dumont [arXiv:1505.01102 [hep-ph]].

72. A review of the intrinsic heavy quark content of the nucleon. S.J. Brodsky, A. Kusina, F. Lyonnet, I. Schienbein, H. Spiesberger, R. Vogt, Adv.High Energy Phys. 2015 (2015) 231547 [arXiv:1504.06287 [hep-ph]].

73. On the intrinsic bottom content of the nucleon and its impact on heavy new physics at the LHC. F. Lyonnet, A. Kusina, T. Ježo, K. Kovarík, F. Olness, I. Schienbein, Ji-Young Yu, JHEP 1507 (2015) 141 [arXiv:1504.05156 [hep-ph]].

74. A facility to Search for Hidden Particles at the CERN SPS: the SHiP physics case. S. Alekhin et al., Rept.Prog.Phys. 79 (2016) 124201 [arXiv:1504.04855 [hep-ph]].

75. Probing the NMSSM via Higgs boson signatures from stop cascade decays at the LHC. A. Chakraborty, D. Kumar Ghosh, S. Mondal, S. Poddar, D. Sengupta, Phys.Rev. D 91 (2015) 115018 [arXiv:1503.07592 [hep-ph]].

76. Dilepton constraints in the Inert Doublet Model from Run 1 of the LHC. G. Belanger, B. Dumont, A. Goudelis, B. Herrmann, S. Kraml, D. Sengupta, Phys.Rev. D 91 (2015) 115011 [arXiv:1503.07367 [hep-ph]].

77. Impact of heavy-flavour production cross sections measured by the LHCb experiment on parton distribution functions at low x. PROSA Collaboration (Oleksandr Zenaiev et al.), Eur.Phys.J. C 75 (2015) 396 [arXiv:1503.04581 [hep-ph]].

78. Constraints on sneutrino dark matter from LHC Run 1. Chiara Arina, Maria Eugenia Cabrera Catalan, Sabine Kraml, Suchita Kulkarni, Ursula Laa, JHEP 1505 (2015) 142 [arXiv:1503.02960 [hep-ph]].

79. Lilith: a tool for constraining new physics from Higgs measurements. J. Bernon, B. Dumont, Eur.Phys.J. C 75 (2015) 440 [arXiv:1502.04138 [hep-ph]].

80. Inclusive B-meson production at small pT in the general-mass variable-flavor-number scheme. B.A. Kniehl, G. Kramer, I. Schienbein, H. Spiesberger, Eur.Phys.J. C 75 (2015) 140 [arXiv:1502.01001 [hep-ph]].

81. Studies of Transverse-Momentum-Dependent distributions with A Fixed-Target ExpeRiment using the LHC beams (AFTER@LHC). L. Massacrier et al., Int.J.Mod.Phys.Conf.Ser. 40 (2016) 1660107 [arXiv:1502.00984 [nucl-ex]].

82. Light Higgs bosons in Two-Higgs-Doublet Models. J. Bernon, J. F. Gunion, Y. Jiang, S. Kraml, Phys.Rev. D 91 (2015) 075019 [arXiv:1412.3385 [hep-ph]].

83. SModelS v1.0: a short user guide. S. Kraml et al. [arXiv:1412.1745 [hep-ph]].

84. Progress in Simulations with Twisted Mass Fermions at the Physical Point. A. Abdel-Rehim et al., PoS LATTICE2014 (2015) 119 [arXiv:1411.6842 [hep-lat]].

30

85. Comparison of the ANP model with the data for neutrino induced single pion production from the MiniBooNE and MINERnA experiments. J. -Y. Yu, E.A. Paschos, I. Schienbein, Phys.Rev. D 91 (2015) 054038 [arXiv:1411.6637 [hep-ph]].

86. Higgs, supersymmetry and dark matter after Run I of the LHC. Beranger Dumont [arXiv:1411.3465 [hep-ph]].

87. Renormalization of quark propagator, vertex functions, and twist-2 operators from twisted-mass lattice QCD at Nf=4. ETM Collaboration (Benoît Blossier et al.), Phys.Rev. D 91 (2015) 114507 [arXiv:1411.1109 [hep-lat]].

88. Renormalization constants for Nf=2+1+1 twisted mass QCD. B. Blossier, M. Brinet, P. Guichon, V. Morénas, O. Pène, J. Rodríguez-Quintero, S. Zafeiropoulos, PoS LATTICE2014 (2015) 284 [arXiv:1411.0053 [hep-lat]].

89. NLO+NLL limits on W' and Z' gauge boson masses in general extensions of the Standard Model. T. Jezo, M. Klasen, D. R. Lamprea, F. Lyonnet, I. Schienbein, JHEP 1412 (2014) 092 [arXiv:1410.4692 [hep-ph]].

90. New features of MadAnalysis 5 for analysis design and reinterpretation. E. Conte, B. Dumont, B. Fuks, T. Schmitt, J.Phys.Conf.Ser. 608 (2015) 012054 [arXiv:1410.2785 [hep-ph]].

91. Spin physics and TMD studies at A Fixed-Target ExpeRiment at the LHC (AFTER@LHC). J.P. Lansberg et al., EPJ Web Conf. 85 (2015) 02038 [arXiv:1410.1962 [hep-ex]].

92. Rare K decays: Challenges and Perspectives. C. Smith [arXiv:1409.6162 [hep-ph]].

93. Implementation and validation of the LHC SUSY searches with MadAnalysis 5. B. Dumont [arXiv:1409.4383 [hep-ph]].

94. Addendum to "Constraints on and future prospects for Two-Higgs-Doublet Models in light of the LHC Higgs signal". B. Dumont, J. F. Gunion, Y. Jiang, S. Kraml [arXiv:1409.4088 [hep-ph]].

95. Status of Higgs couplings after run 1 of the LHC. J. Bernon, B. Dumont, S. Kraml, Phys.Rev. D 90 (2014) 071301 [arXiv:1409.1588 [hep-ph]].

96. Update on nCTEQ PDFs: nuclear PDF uncertainties and LHC applications. A. Kusina, K. Kovařik, T. Ježo, D.B. Clark, F.I. Olness, I. Schienbein, J.Y. Yu, PoS DIS2014 (2014) 047 [arXiv:1408.1114 [hep-ph]].

97. Toward a public analysis database for LHC new physics searches using MADANALYSIS 5. B. Dumont et al., Eur.Phys.J. C 75 (2015) 56 [arXiv:1407.3278 [hep-ph]].

98. Vacuum stability of the effective Higgs potential in the Minimal Supersymmetric Standard Model. M. Bobrowski, G. Chalons, W. G. Hollik, U. Nierste, Phys.Rev. D 90 (2014) 035025, Erratum: Phys.Rev. D 92 (2015) 059901 [arXiv:1407.2814 [hep-ph]].

99. Higgs coupling measurements and impact on the MSSM. B. Dumont, PoS DIS2014 (2014) 128 [arXiv:1407.0415 [hep-ph]].

100. Designing and recasting LHC analyses with MadAnalysis 5. E. Conte, B. Dumont, B. Fuks, C. Wymant, Eur.Phys.J. C 74 (2014) 3103 [arXiv:1405.3982 [hep-ph]].

101. Constraints on and future prospects for Two-Higgs-Doublet Models in light of the LHC Higgs signal. B. Dumont, J. F. Gunion, Y. Jiang, S. Kraml, Phys.Rev. D 90 (2014) 035021 [arXiv:1405.3584 [hep-ph]].

102. Les Houches 2013: Physics at TeV Colliders: New Physics Working Group Report. G. Brooijmans et al..[arXiv:1405.1617 [hep-ph]].

103. Baryonic R-parity violation and its running. J. Bernon, C. Smith, JHEP 1407 (2014) 038 [arXiv:1404.5496 [hep-ph]].

104. Characterizing New Physics with Polarized Beams at High-Energy Hadron Colliders. B. Fuks, J. Proudom, J. Rojo, I. Schienbein, JHEP 1405 (2014) 045 [arXiv:1403.2383 [hep-ph]].

105. The Flavour of Natural SUSY. F. Brümmer, S. Kraml, S. Kulkarni, C. Smith, Eur.Phys.J. C 74 (2014) 3059 [arXiv:1402.4024 [hep-ph]].

106. Boosting Higgs boson decays into gamma and a Z in the NMSSM. G. Belanger, V. Bizouard, G. Chalons, Phys.Rev. D 89 (2014) 095023 [arXiv:1402.3522 [hep-ph]].

31

107. Can new heavy gauge bosons be observed in ultra-high energy cosmic neutrino events?. T. Ježo, M. Klasen, F. Lyonnet, F. Montanet, I. Schienbein, M. Tartare, Phys.Rev. D 89 (2014) 077702 [arXiv:1401.6012 [hep-ph]].

108. Phenomenological MSSM in view of the 125 GeV Higgs data. B. Dumont, J. F. Gunion, S. Kraml, Phys.Rev. D 89 (2014) 055018 [arXiv:1312.7027 [hep-ph]].

109. SModelS: a tool for interpreting simplified-model results from the LHC and its application to supersymmetry. S. Kraml, S. Kulkarni, U. Laa, A. Lessa, W. Magerl, D. Proschofsky-Spindler, W. Waltenberger, Eur.Phys.J. C 74 (2014) 2868 [arXiv:1312.4175 [hep-ph]].

110. Novel method for the physical scale setting on the lattice and its application to Nf=4 simulations. B. Blossier, Ph. Boucaud, M. Brinet, F. De Soto, V. Morènas, O. Pène, K. Petrov, J. Rodríguez-Quintero, Phys.Rev. D 89 (2014) 034026 [arXiv:1312.1514 [hep-lat]].

111. Searching for intrinsic charm in the proton at the LHC. V.A. Bednyakov, M.A. Demichev, G.I. Lykasov, T. Stavreva, M. Stockton, EPJ Web Conf. 60 (2013) 20047.

112. A first look at maximally twisted mass lattice QCD calculations at the physical point. A. Abdel-Rehim et al., PoS LATTICE2013 (2014) 264 [arXiv:1311.4522 [hep-lat]].

113. Studying the high x frontier with A Fixed-Target ExpeRiment at the LHC. A. Rakotozafindrabe et al., PoS DIS2013 (2013) 250 [arXiv:1310.6195 [hep-ex]].

114. Three-gluon running coupling from lattice QCD at Nf=2+1+1: a consistency check of the OPE approach. Ph. Boucaud, M. Brinet, F. De Soto, V. Morenas, O. Pène, K. Petrov, J. Rodríguez-Quintero, JHEP 1404 (2014) 086 [arXiv:1310.4087 [hep-ph]].

115. High statistics determination of the strong coupling constant in Taylor scheme and its OPE Wilson coefficient from lattice QCD with a dynamical charm. ETM Collaboration (B. Blossier et al.), Phys.Rev. D 89 (2014) 014507 [arXiv:1310.3763 [hep-ph]].

116. PyR@TE: Renormalization Group Equations for General Gauge Theories. F. Lyonnet, I. Schienbein, F. Staub, A. Wingerter, Comput.Phys.Commun. 185 (2014) 1130 [arXiv:1309.7030 [hep-ph]].

117. Constraining Higgs mediated dark matter interactions. A. Greljo, J. Julio, J. F. Kamenik, C. Smith, J. Zupan, JHEP 1311 (2013) 190 [arXiv:1309.3561 [hep-ph]].

118. AFTER@LHC: a precision machine to study the interface between particle and nuclear physics. J.P. Lansberg et al., EPJ Web Conf. 66 (2014) 11023 [arXiv:1308.5806 [hep-ex]].

119. LHC constraints on light neutralino dark matter in the MSSM. Geneviève Bélanger, Guillaume Drieu La Rochelle, Béranger Dumont, Rohini M. Godbole, Sabine Kraml, Suchita Kulkarni, Phys.Lett. B 726 (2013) 773 [arXiv:1308.3735 [hep-ph]].

120. Implications of LHC Higgs results for supersymmetry. Sabine Kraml, J.Phys.Conf.Ser. 455 (2013) 012053.

121. On the presentation of the LHC Higgs Results. F. Boudjema et al. [arXiv:1307.5865 [hep-ph]].

122. Physics at the CLIC e+e- Linear Collider -- Input to the Snowmass process 2013. CLIC Detector and Physics Study Collaboration (H. Abramowicz et al.) [arXiv:1307.5288 [hep-ex]].

123. CTEQ nuclear parton distribution functions. K. Kovarik, T. Jezo, A. Kusina, F.I. Olness, I. Schienbein, T. Stavreva, J.Y. Yu, PoS DIS2013 (2013) 274 [arXiv:1307.3454 [hep-ph]].

124. The same-sign top signature of R-parity violation. Gauthier Durieux, Christopher Smith, JHEP 1310 (2013) 068 [arXiv:1307.1355 [hep-ph]].

125. Hybrid scheme for heavy flavors: Merging the fixed flavor number scheme and variable flavor number scheme. A. Kusina, F.I. Olness, I. Schienbein, T. Jezo, K. Kovarik, T. Stavreva, J.Y. Yu, Phys.Rev. D 88 (2013) 074032 [arXiv:1306.6553 [hep-ph]].

126. Global fit to Higgs signal strengths and couplings and implications for extended Higgs sectors. G. Belanger, B. Dumont, U. Ellwanger, J.F. Gunion, S. Kraml, Phys.Rev. D 88 (2013) 075008 [arXiv:1306.2941 [hep-ph]].

127. Higgs Couplings after Moriond. Béranger Dumont [arXiv:1305.4635 [hep-ph]].

128. Searching for intrinsic charm in the proton at the LHC. V.A. Bednyakov, M.A. Demichev, G.I. Lykasov, T. Stavreva, M. Stockton, Phys.Lett. B 728 (2014) 602 [arXiv:1305.3548 [hep-ph]].

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129. Probing nuclear parton densities (and more) from gamma + Q production in p-A and A-A collisions. Fran Arleo, Ingo Schienbein, Tzvetalina Stavreva, J.Phys.Conf.Ser. 422 (2013) 012011.

130. A Bayesian view of the Higgs sector with higher dimensional operators. B. Dumont, S. Fichet, G. von Gersdorff, JHEP 1307 (2013) 065 [arXiv:1304.3369 [hep-ph]].

131. Top Polarization in Sbottom Decays at the LHC. G. Belanger, R. M. Godbole, S. Kraml, S. Kulkarni [arXiv:1304.2987 [hep-ph]].

132. Status of invisible Higgs decays. G. Belanger, B. Dumont, U. Ellwanger, J.F. Gunion, S. Kraml, Phys.Lett. B 723 (2013) 340 [arXiv:1302.5694 [hep-ph]].

133. Strange Quark PDF Uncertainty and its Implications for W/Z Production at the LHC. A. Kusina et al., Acta Phys.Polon.Supp. 6 (2013) 219 [arXiv:1302.1889 [hep-ph]].

134. Testing the OPE Wilson coefficient for $A^2$ from lattice QCD with a dynamical charm. B. Blossier, Ph. Boucaud, M. Brinet, F. De Soto, V. Morenas, O. Pene, K. Petrov, J. Rodriguez-Quintero, Phys.Rev. D 87 (2013) 074033 [arXiv:1301.7593 [hep-ph]].

135. Spin physics at A Fixed-Target ExpeRiment at the LHC (AFTER@LHC). A. Rakotozafindrabe et al., Phys.Part.Nucl. 45 (2014) 336 [arXiv:1301.5739 [hep-ex]].

136. Implications of the 125 GeV Higgs for Supersymmetry. S. Kraml in G. Moortgat-Pick et al., Helmholtz Alliance Linear Collider Forum: Proceedings of the Workshops Hamburg, Munich, Hamburg 2010-2012, Germany, DESY-12-123H.