1 Recherche du boson de Higgs léger SUperSYmétrique dans le cadre de l'expérience CMS Alexandre Mollet.

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2 1 Recherche du boson de Higgs léger SUperSYmétrique dans le cadre de l'expérience CMS Alexandre Mollet

3 2 Présentation Cadre du travail –Le LHC (Large Hadron Collider) –Lexpérience CMS (Compact Muon Solenoid) –Pourquoi la SUperSYmétrie (SUSY)? –Canal de désintégration étudié Analyse des résultats –La reconstruction des jets et leur identification en jet de b –La distribution de charge des jets de b –La masse du boson de Higgs Conclusions et perspectives

4 3 Le LHC (Large Hadron Collider) Energie faisceau : 7 TeV Luminosité : 10 34 cm -2 s -1 #paquets/faisceau : 2835 #protons/paquet : 10 11 7.5 m (25 ns) 7 TeV Proton +7 TeV Proton Croisement des faisceaux : 4x10 7 Hz (25 ns) Collisions protons : 10 9 Hz Collisions au niveau des partons Production de nouvelles particules : Hz (Higgs, SUSY,....) p p H µ + µ - µ + µ - Z Z pp e - e q q q q 1 - g ~ ~ 2 0 ~ q ~ 1 0 ~

5 4 Le LHC (Large Hadron Collider)

6 5 Lexpérience CMS (Compact Muon Solenoid) Longueur : 20 m Hauteur : 15 m Poids : 14 000 t Canaux électroniques : 10 8 Coût : 500 MCHF (325 M) Tracker Silicium Pixel + Strips ECAL Cristal scintillant (PbWO 4 ) HCAL Cu+scintillateur Chambre à muons Solénoïde B = 4 T

7 6 Pourquoi la SUper SYmétrie? Le Modèle Standard: –Excellente description des interactions EM, faible et forte –Le MS nécessite lintroduction du boson de Brout- Englert-Higgs pour conférer une masse aux W +, W - et Z 0. –Pas observé expérimentalement (m h >114,3 GeV) La SUperSYmétrie: –MS aux énergies de lordre du GeV! –Existence de partenaires SUperSYmétriques pour chaque particule: particule p de spin s superpartenaire p de spin s +/- 1/2 –Extension minimale du MS est le MSSM

8 7 Pourquoi la SUper SYmétrie? Le Modèle Standard: –Excellente description de linteraction des particules –Le MS nécessite lintroduction du boson de Brout- Englert-Higgs pour conférer une masse aux W +, W - et Z 0. –Toujours pas observé expérimentalement La SUperSYmétrie: –MS à basse énergie! –Existence de partenaires SUperSYmétriques pour chaque particule: particule p de spin s superpartenaire p de spin s +/- 1/2 –Extension minimale du MS est le MSSM

9 8 Pourquoi la SUper SYmétrie? MSUGRA : MSSM contraint – 5 paramètres libres au modèle: –m 0 = masse des sfermions –m 1/2 = masse des jauginos –tan β = rapport des valeurs moyennes dans le vide des deux doublets de Higgs –sign μ = signe de la masse du higgsino –A 0 = constante de couplage trilinéaire

10 9 Canal de désintégration étudié

11 10 La simulation La chaîne de simulation: Ntuple signal Ntuple minbias OSCAR 3 HEPEVT Ntuple ORCA 8 POOL SimHits/minbias POOL SimHits/signal POOL Digis DST OSCARSimReaderRecReader MC generator CMKIN Production User 1)digitization data summary tape ROOT Tree RecReader 3)analysis2 )reconstruction Pool Of persistent Objects for LHC h 0 = 116 GeV

12 11 Analyse des résultats La reconstruction des jets Lidentification des jets comme étant issus dun b appelé b-tagging La distribution de charge de ces jets b-taggés: La distribution de masse du boson de Higgs

13 12 La reconstruction des jets Taille de cône pour reconstruire les jets: –Elle vaut –avec φ langle azimutal et η la pseudorapidité tel que: – avec θ langle zénital. h0h0 2 JETS

14 13 La reconstruction des jets ΔE = E rec – E vrai : La résolution en énergie des jets. E vrai : lénergie du quark b via contenu en partons dun jet Monte Carlo Si ΔE = 0 accord entre E rec et E vrai.

15 14 La reconstruction des jets Résolution de la reconstruction:

16 15 La reconstruction des jets Nécessité dappliquer une correction à lénergie des jets reconstruits. Cette correction est du type:

17 16 La reconstruction des jets Résolution de la reconstruction:

18 17 Le b-tagging Efficacité: Inefficacité: Désintégration de h 0 Désintégration des mésons B

19 18 Le b-tagging Efficacité du B-tagging en fonction de lénergie du jet :

20 19 Le b-tagging Efficacité du B-tagging en fonction de du jet:

21 20 Distribution de charge des jets Nous reconstruisons la charge des jets à différents niveaux: –Le Monte Carlo avant hadronisation –Les Simtracks: trajectoire des particules ayant traversé le détecteur –Les Rectracks: trajectoire des particules reconstruite à laide des informations récoltées par le détecteur –La formule est:

22 21 Distribution de charge des jets Le Monte Carlo avant hadronisation:

23 22 Distribution de charge des jets Les Simtracks après optimisation:

24 23 Distribution de charge des jets Les Rectracks:

25 24 Masse du boson de Higgs Masse invariante des jets de b issus dun higgs:

26 25 Masse du boson de Higgs Masse invariante des jets b-taggés : Ajustement du type:

27 26 Masse du boson de Higgs Ajustement dun bruit de fond polynomial:

28 27 Masse du boson de Higgs Ajustement dune gaussienne sur le bruit de fond:

29 28 Masse du boson de Higgs Ajustement dune gaussienne sur le bruit de fond: M h = 115,9 ± 1,7 GeV σ = 16,9 ± 1,7 GeV α = 10,6 ± 0,6 %

30 29 Conclusions et perspectives Détermination de la masse du Higgs via notre canal de désintégration. Bon accord avec la simulation Monte Carlo. Une meilleure reconstruction de la charge du b pour diminuer le bruit de fond combinatoire