19 mars 2014
Le LHC et le Tevatron ensemble au top

 

Les scientifiques des expériences de physique des particules ATLAS, CDF, CMS et D0 ont, pour la première fois, joint leurs forces pour combiner leurs données et produire le premier résultat commun issu des deux plus puissants collisionneurs au monde : le Tevatron à Fermilab près de Chicago et le LHC au CERN près de Genève. Ensemble les quatre expériences ont permis d’atteindre une précision inégalée de 0,4% sur la masse de la particule la plus lourde du modèle standard : le quark top. Ceci pourrait donner des clés pour rechercher la nouvelle physique au-delà du modèle standard. Les chercheurs du CEA à l’Irfu, en collaboration avec leurs collègues du CNRS, sont au centre de cette nouvelle avancée.

 
Le LHC et le Tevatron ensemble au top

Les expériences ATLAS, CDF, CMS et D0 qui ont combiné leurs mesures pour atteindre une précision inégalée sur la masse du quark top.

 

Le LHC, en fonctionnement depuis 2009, et le Tevatron, arrêté depuis 2011, sont les deux seules machines à avoir l’énergie nécessaire pour produire directement le quark top, la particule élémentaire la plus lourde connue actuellement. La grande masse du quark top (près de 200 fois celle d’un proton) confère à ce quark des caractéristiques très particulières. Il constitue un des outils les plus importants pour la recherche de nouvelle physique au delà du modèle standard de la physique des particules. Mesurer sa masse avec une grande précision est un défi que les équipes du Tevatron et du LHC ont relevé depuis la découverte du quark top en 1995 au Tevatron. Le Tevatron a produit environ 300 000 événements contenant une paire top-antitop au cours de ses 25 ans de vie. Le LHC depuis son démarrage est une véritable usine à top avec près de 20 millions d’événements top produits.

 
Le LHC et le Tevatron ensemble au top

Cette figure montre un résumé des mesures de masse du quark top issues des quatre expériences ATLAS, CDF, CMS et D0 avec le résultat combiné de l’analyse conjointe.
(Credit: CERN/Fermilab)

 

Chacune des quatre collaborations avait déjà publié des mesures individuelles de masse du quark top en analysant les différents canaux de désintégrations du quark top par des méthodes de plus en plus sophistiquées au cours des 20 ans de recherche dans ce domaine. Mais c’est seulement en combinant leur expertise et les informations extraites de leur données respectives que les quatre équipes peuvent atteindre la précision ultime sur cette observable. Cette combinaison a nécessité une collaboration étroite entre les quatre expériences afin de comprendre les détails des techniques d’analyse et l’estimation des incertitudes. Ainsi onze résultats individuels ont été combinés pour atteindre la meilleure mesure au monde de la masse du quark top : 173,34 ± 0,76 GeV/c2, c’est à dire une précision de l’ordre de 0,4%. Ceci correspond à une amélioration de 30% par rapport à la meilleure mesure individuelle. Cette mesure très précise va permettre aux physiciens de tester en détail le modèle mathématique qui relie grâce à la mécanique quantique la masse du quark top, la masse du boson de Higgs découvert en 2012 et la masse du boson W, vecteur de l’interaction nucléaire faible. Ceci permettra de rechercher des incohérences dans le modèle standard et des signes de modèles physiques qui conduiraient à une meilleure compréhension des constituants de l’Univers. La mesure précise de la masse du quark top est également cruciale pour savoir si le vide de notre univers est stable ou non. Ce nouveau résultat a été présenté aux rencontres internationales de Moriond le 19 mars 2014.

 

 

Les équipes du service de physique des particules (SPP) de l’Irfu au CEA ainsi que leurs collègues du CNRS/In2p3 étudient le quark top depuis de nombreuses années au sein des expériences ATLAS, CDF, CMS et D0. Les physiciens du SPP coordonnent une partie des études sur le quark top dans D0 et ATLAS. Deux des mesures individuelles qui entrent dans la combinaison sont directement issues du travail des équipes du SPP. De plus, un physicien du SPP fait partie du groupe de travail qui a réalisé la combinaison. Ce premier résultat commun ouvre la voie à la combinaison d’autres observables et permettra, par une plus grande coopération entre les expériences, de pousser toujours plus loin les frontières de la connaissance.

 

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Référence: http://fr.arxiv.org/abs/1403.4427

 

Maj : 20/03/2014 (3454)

 

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