Département de Physique Nucléaire

Exploitation du run1 par l'expérience Atlas

Le groupe Atlas du SPP est directement impliqué dans la recherche d’un boson de Higgs additionnel au boson du Modèle Standard

référence de l'article: “Search for an additional heavy Higgs boson in the H→ZZ decay channel at s√=8 TeV in pp collision data with the ATLAS Detector”

La mesure des propriétés (masse, couplages aux particules du modèle standard, spin) de la nouvelle particule découverte en 2012 montre qu’elle ressemble fortement au boson de Higgs du Modèle Standard. Cependant l’existence d’un secteur de Higgs étendu contenant des bosons de Higgs supplémentaires n’est pas exclue.

L’objet de cette étude est la recherche d’un boson de Higgs additionnel de plus haute masse via sa désintégration en une paire de bosons de jauge Z. Quatre types de canaux de désintégration indépendants (llll, llνν, llqq, ννqq) ont été combinés dans cette analyse, selon que les bosons Z se désintègrent en deux leptons chargés (Z→ll), en deux neutrinos (Z→νν), ou en deux quarks (Z→qq). Aucun nouveau boson de Higgs n’a été trouvé pour le moment comme l’indique  la figure ci-contre qui montre la distribution de masse invariante ZZ dans le canal à 4 leptons. Les points (données expérimentales) sont en accord avec la simulation de processus standard. La simulation montre également (pic rose) le signal que l’on aurait observé avec un  Higgs additionnel de masse 200 GeV.

Le groupe du SPP poursuit cette recherche avec la même implication dans les nouvelles données du LHC à 13 TeV.  

Exploitation du run1 par l'expérience CMS

Le groupe CMS du SPP a fortement contribué aux analyses de recherche du boson de Higgs, en particulier dans le canal en deux photons (H→γγ) et dans le canal en deux leptons tau (H→ττ).

Outre la recherche du boson de Higgs, le groupe s'est aussi fortement impliqué dans les mesures de précision dans le cadre des interactions électrofaibles du modèle standard ainsi que dans la recherche de nouvelle physique au delà du modèle standard.

Ainsi parmi les nouveaux résultats de CMS du run1, le groupe de l'Irfu/SPP a contribué à la mesure de  section efficace de production du boson W en association avec 2 jets. La mesure est effectuée à l'aide d'un ajustement sur le spectre de masse invariante des deux jets (mjj) lorsque les W se désintègrent en un neutrino et un lepton chargé (électron ou muon).

CMS trouve une section efficace de 0.42 ± 0.10 pb, en accord avec la prédiction du modèle standard de 0.50±0.03 pb.

Démarrage du run2 pour l'expérience Atlas

Les données des premières collisions ont permis de caractériser les performances des détecteurs dans les nouvelles conditions du run2. Un exemple de ces études concerne la performance du spectromètre à muons d’Atlas, expertise du groupe du SPP.

Pour mesurer l’efficacité d’identification des muons dans ATLAS, les physiciens analysent les desintégrations en paires de muons de particules connues comme le J/ψ. La figure ci-contre montre la précision obtenue par ATLAS sur l'impulsion des J/ψ en fonction d'une variable angulaire. Les réponses pour les deux runs (8 et 13 TeV) sont comparées et se superposent parfaitement (la figure du dessous montre le rapport).

Cette série de tests démontre que l’expérience ATLAS  est prête pour les défis du run2.

Mesure de la section efficace de production de paires quark-antiquark top à 13 TeV

Comme pour le run1, le groupe ATLAS du SPP est responsable de la mesure de la  luminosité, paramètre dont dépendent crucialement les sections efficaces. En effet, la luminosité, paramètre du collisionneur, gouverne les taux de collisions de particules. Elle dépend du nombre de paquets de protons circulant dans le collisionneur, du nombre de protons par paquets, et d'autres paramètres comme les tailles des paquets.

Les paramètres de la machine ont été modifiés en vue d’augmenter le taux de collisions au run2. Au cours de ce premier mois de redémarrage, les conditions étaient assez instables avec un faible nombre de paquets. La mesure de la luminosité a dû être faite en un temps très restreint ce qui a conduit à une incertitude de l’ordre de 10% bien supérieure à ce qui avait été obtenue au run1 (moins de 2%). Une fois les conditions stabilisées, la précision de la mesure au run2 devrait approcher celle du run1.

Avec cette incertitude on obtient une précision de 14% sur la section efficace de production de paires quark-antiquark top (contre 4% à 8 TeV). Ce résultat correspond au point rouge sur la figure ci-contre qui montre la section efficace en fonction de l'énergie des collisions. Le bon accord entre les points de mesure et les modèles confirme que la théorie de l'intéraction forte est encore bien vérifiée à cette nouvelle énergie.

En augmentant la statistique, cette incertitude va diminuer et des sections efficaces différentielles pourront être reconstruites dans lesquelles les physiciens espèrent trouver des traces de la nouvelle physique au delà du modèle standard.