20 juin 2016
Atlas et CMS à la recherche de nouvelles particules
Atlas et CMS à la recherche de nouvelles particules

Crédit @Cern.

Le LHC a démarré sa deuxième période de prise de données en 2015 à une énergie encore jamais atteinte par un collisionneur, permettant aux expériences Atlas et CMS d’étudier environ 3 fb-1 de données à la recherche de physique non standard. Le 13 juin 2016, les deux collaborations ont simultanément soumis à publication les résultats de leurs recherches de nouvelles résonances se désintégrant en deux photons dans les données enregistrées à 13 TeV en 2015 (Atlas et CMS) et à 8 TeV en 2012 (CMS). Atlas a proposé ses résultats au Journal of High Energy Physics, JHEP, et CMS à Physcal Review Letters.

 
Atlas et CMS à la recherche de nouvelles particules

Couplages du boson de Higgs aux différentes particules du modèle standard, fermions ou bosons, en fonction de la masse de la particule considérée. Une des propriétés les plus caractéristiques du boson de Higgs du modèle standard est que les couplages sont proportionnels aux masses, ce qui se traduit par la linéarité de la courbe ci-dessus. Les résultats sont une combinaison des résultats d’Atlas et de CMS au run 1.

La première période de fonctionnement du LHC a consacré le modèle standard de la physique des particules.

 

Durant cette période, appelée le run 1, le LHC a fourni aux expériences ATLAS et CMS 5 fb-1 de données à 7 TeV d’énergie de collision proton-proton en 2011 et 20 fb-1 à 8 TeV en 2012, leur permettant une moisson de résultats : mesures des sections efficaces des processus standards et des paramètres du modèle, tous en accord avec les prédictions, mais aussi, bien sûr, découverte de la dernière particule inobservée du modèle, le boson de Higgs. Les deux collaborations viennent de soumettre pour publication au  Journal of High Energy Physics  la combinaison de leurs résultats en ce qui concernent les propriétés du boson de Higgs : les résultats les plus précis à ce jour en termes de probabilités de production, de désintégration et d’interaction avec les autres particules du modèle. En revanche, le run 1 n’a fourni aucun indice sur la physique au-delà du modèle standard.

 
Atlas et CMS à la recherche de nouvelles particules

Distribution en masse invariante photon-photon observée par Atlas avec les données 2015 (points). La courbe en rouge montre un ajustement sur les données dans l’hypothèse bruit de fond seul. La différence entre l’ajustement et les données est montrée sur la figure du bas. L’analyse est ici faite dans le cas de la recherche d’une particule de spin 0.

En 2015 le LHC a démarré son run 2, à 13 TeV d’énergie de collision proton-proton.

 

Et cette énergie plus élevée permet d’accéder à de nouveaux domaines de masse de particules hypothétiques. De nombreuses extensions du modèle standard prédisent en particulier l’existence de particules très massives pouvant se désintégrer en deux photons. Les deux collaborations se sont donc attachées à l’étude de la distribution en masse de paires de photons dans les 3 fb-1 de données enregistrées en 2015. Les distributions présentent pour les deux expériences un léger excès par rapport à la prédiction du modèle standard correspondant à une masse de 750 GeV. Les excès sont peu significatifs et seule une accumulation de données supplémentaires permettra de trancher en faveur de la présence d’un signal ou d’une fluctuation statistique dans les données de 2015. Si les excès correspondent à une toute nouvelle particule alors nous sommes à l’aube d’une nouvelle ère en physique des particules. D’où les soumissions simultanées des résultats de ces recherches par les deux collaborations le 13 juin 2016 à JHEP pour Atlas et Physcal Review Letters pour CMS.

 
Atlas et CMS à la recherche de nouvelles particules

Luminosité intégrée du LHC en fb-1 en fonction du mois de prise de données en 2011 (vert), 2012 (bleu), 2015 (rouge) et 2016 (rose). Les performances exceptionnelles de la machine en 2016 se traduisent par la pente impressionnante de la courbe rose. Crédit @CERN.

En 2016 le LHC bat des records de luminosité.

 

Des problèmes techniques ont retardé le planning de la machine aussi la décision a été prise de faire des prouesses pour que les expériences aient de quoi réduire les incertitudes statistiques et présenter des résultats pertinents aux conférences d’été. Et depuis le premier juin, les records s’accumulent : nombre maximal de paquets de protons possible avec la configuration actuelle soit 2040, record de luminosité à 6,5 TeV avec un pic de luminosité dépassant 9,4 x 1033 cm-2s-1, record de luminosité intégrée par remplissage de l’ordre de 400 pb-1. Le LHC fournit donc de l’ordre de 2 fb-1 par semaine c’est-à-dire la moitié de toute la statistique enregistrée en 2015 chaque semaine ! Les collaborations Atlas et CMS auront donc à la mi-juillet plus de 10 fb-1 pour les résultats les plus attendus, dont bien-sûr l’évolution de l’excès à 750 GeV, qui seront présentés à ICHEP du 3 au 10 août. Restez à l’écoute !

 

Contacts Irfu:

Claude Guyot, contact Atlas au SPP

 Marc Besançon, contact CMS au SPP

 

Maj : 22/06/2016 (3796)

 

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