Recherche des bosons médiateurs de l’interaction faible dans les données du détecteur CMS

Rappel sur les interactions fondamentales 2

Production des bosons W+, W- et Z au LHC LHC = “créateur” de particules CMS = détecteur de particules A la frontière franco-suisse, près de Genève 3

Première couche de détecteurs de CMS 4 Production des bosons W+, W- et Z au LHC u d u u u d

Désintégration des bosons W+, W-, Z Les bosons Z, W+, W- sont très éphémères : elles se désintègrent en des particules plus légères. Ce sont les particules issues de la désintégration qui vont interagir avec les premières couches de détecteurs. 5 Première couche de détecteurs de CMS

Désintégration des bosons W+, W-, Z Il existe de nombreux modes de désintégration selon le nombre et la nature des particules produites … tant que les lois de la physique les autorisent ! Dans notre étude, on ne s’intéresse qu’à la désintégration des bosons W+, W- et Z en deux leptons, de première ou deuxième génération. ? ? Z Z → e + e - Z → µ + µ - W+ → e + ν e W+ → µ + ν µ W- → µ - ν µ W- → e - ν e ? ? W+ ? ? W- 6

Ce que voit le détecteur CMS calorimètre hadronique aimant détecteurs à muons Trajectographe ou tracker calorimètre électromagnétique Muon Electron Hadron chargé Hadron neutre Photon

Présentation de l’exercice 8 Vous allez étudier des vrais événements pris par le détecteur CMS. Ces événements ont été préalablement sélectionnés : ils contiennent tous au moins un muon ou un électron. Identifier les leptons mis en jeu ? dans notre cas : muon ou électron Déterminez avec une grande certitude la provenance de ces leptons : De la désintégration d’un W ? si oui, d’un W+ ou W- D’un Z ? D’une autre particule instable ? Votre mission est double :

Prise en main du programme de visualisation 9 Ouvrez FireFox et sélectionnez dans le Marque page « EventDisplay CMS » Lire le guide de l’utilisateur Faire un appel à un GE (Gentil Encadrant) Que faire si besoin d’aide ?

Visualiser un événement 10 Charger un événement changer de vue (vue longitudinale ou transversale) zoomer / dézoomer, effectuer des rotations dans l’espace activer / désactiver l’affichage de sous-détecteurs activer / désactiver l’affichage des objets reconstruits

Décrypter un événement 11 Vue transversale du détecteur Détecteurs à muons Aimant Calorimètre hadronique Calorimètre électromagnétique Trajectographe Points d’impact dans les détecteurs à muons Energie manquante (neutrinos ?) Trace de la particule reconstruite à partir du trajectographe et des détecteurs à muons  Particule = muon

Décrypter un événement 12 Vue transversale du détecteur Il est possible de détermine le signe de la charge électrique du muon à partir de la courbure de sa trace. Charge négative Charge positive

Où renseigner les résultats ? 13 Mettre des « 1 » pour indiquer : Le ou les leptons reconstruits Le candidat Z, W+, W-, W (si doute sur la charge), « zoo » (si doute sur l’identité) Dans votre navigateur internet, sélectionnez le deuxième onglet

Exemple 1 : qu’est-ce que c’est ? 14  Candidat Z ElectronMuonW+ candW- candW candZ cand« zoo » 11 2 muons Pas d’énergie manquante observée Les courbures sont opposées : les muons sont de charges opposées

Exemple 2 : qu’est-ce que c’est ? 15 Signe de la charge électrique du muon : ElectronMuonW+ candW- candW candZ cand« zoo » 11 1 seul muon énergie manquante notable  W+ ou W- courbure dans le sens horaire  charge négative  W-

Exemple 3 : qu’est-ce que c’est ? 16 ElectronMuonW+ candW- candW candZ cand« zoo » 11 Signe de la charge électrique de l’électron : ???? 1 seul électron énergie manquante notable  W+ ou W-

Regroupement local Regroupement international Chaque binôme analyse 50 événements.  ~1 500 événements traités Quatre autres classes dans le monde effectuent l’exercice en même temps que vous, mais avec des événements différents.  ~6 000 événements traités 17 Plus on est de fous …

Exploitation des résultats A partir de vos observations, des informations sur les bosons médiateurs de l’interaction faible vont pouvoir être extraites et seront discutées. Par exemple : Un histogramme représentant la masse des candidats Z sélectionnés

A vous de jouer ! Monde des bisounours Monde selon Murphy Monde réel ?