Recherche de la particule J/Ψ dans les données de CMS

Replaçons le contexte ! 2 LHC = “créateur” de particules CMS = détecteur de particules A la frontière franco-suisse, près de Genève

Replaçons le contexte ! 3 40 millions de collisions protons – protons par seconde

Replaçons le contexte ! 4

Ce que “voit“ le détecteur CMS 5 calorimètre hadronique aimant détecteurs à muons Trajectographe ou tracker calorimètre électromagnétique Muon Electron Hadron chargé Hadron neutre Photon

Particules intermédiaires non observables 6 Des particules comme le J/Ψ sont trop éphémères pour être observées. Elles se désintègrent en des particules plus légères avant d’interagir avec les premières couches de détecteur de CMS. Comment étudier ces particules lourdes si elles ne sont pas détectées ?

“Reconstruire“ la particule intermédiaire 7 Il est possible de remonter aux caractéristiques de la particule mère à partir des caractéristiques des particules filles en utilisant les lois de la physique : Conservation de l’énergie E Conservation de la quantité de mouvement p = m* v E J/Ψ = E µ+ + E µ- p J/Ψ = p µ+ + p µ- E µ+ E µ- E J/Ψ p µ+ p µ- p J/Ψ

“Reconstruire“ la particule intermédiaire 8 Il est possible de remonter aux caractéristiques de la particule mère à partir des caractéristiques des particules filles en utilisant les lois de la physique. Un calcul en relativité restreinte permet de déterminer la masse intrinsèque de la particule mère à partir de son énergie et de sa quantité de mouvement : C’est sur ce principe qu’est fondée la recherche directe de nouvelles particules (tel le boson de Higgs) ainsi que la mesure de leur masse.

Présentation de l‘exercice 9 Recherche de particules J/Ψ Reconstruire des J/Ψ à partir de deux muons Utiliser de vraies données du détecteur CMS Estimer la masse du J/Ψ Pourquoi le J/Ψ ? Les muons étant les particules les mieux identifiées et les mieux reconstruites par CMS, on peut reconstruire assez aisément des particules J/ Ψ. La masse du J/Ψ est utilisée pour vérifier la calibration du détecteu r Simplifications liées à l’exercice Nombre limité d’événements Evénements préalablement triés : chaque événement comporte deux muons reconstruits

Les événements à analyser ont été pré-sélectionnés : ils contiennent tous une paire de muons reconstruits. Toutefois ces muons potentiels ne proviennent pas forcément d’un J/ Ψ. Chaque paire de muons forme un candidat J/ Ψ. Votre travail consistera à discriminer les «vrais J/ Ψ» des «faux J/ Ψ» à l’aide d’un programme de visualisation en 3D. Etude de lots d‘événements contenant des candidats J/Ψ 10

Prise en main du programme de visualisation 11 Ouvrez FireFox et sélectionnez dans le Marque page « EventDisplay CMS » changer de vue (vue longitudinale ou transversale) zoomer / dézoomer, effectuer des rotations dans l’espace activer / désactiver l’affichage de sous-détecteurs charger un événement à savoir faire

Evaluer les candidats J/ Ψ 12 Votre mission est d’évaluer le candidat J/ Ψ de chaque événement en lui associant une note sur une échelle de 0 à 3. La note représente votre degré de certitude sur l’identité de la particule. 0 - AUCUNE CHANCE QUE CE SOIT UN J/Ψ 1 – IL Y A PEU DE CHANCE 2 – POSSIBLE …. 3 – C’EST SUR ! C’EN EST UN ! Cette note est attribuée à l’aide de plusieurs critères.

Critère 1 : la charge des muons 13 Conservation de la charge électrique Le J/ Ψ est électriquement neutre : les muons doivent être de signes opposés. Le champ magnétique régnant dans le trajectographe courbe la trajectoire des particules. S’ils sont de signes opposées, les muons doivent laisser des traces avec des rayons de courbures opposés. Afin d’étudier les rayons de courbures, on utilisera de préférence une vue transverse du détecteur CMS.

Critère 1 : la charge des muons 14 Muons de même signes Note = 0 Inutile de regarder les autres critères Passez au test 2 Exemple 1Exemple 2 Muons de signes différents

Global muon Tracker muon aimant Critère 2 : le type de trace 15 Dans vos événements, on peut distinguer deux types de traces selon que le nombre de points d’impact dans les détecteurs à muons est suffisant ou non.

Global muon Tracker muon aimant Critère 2 : le type de trace 16 La probabilité qu’une particule identifiée comme muon soit effectivement un muon est plus grande pour les “global muons”. En outre les “global muons” bénéficieront d’une meilleure résolution sur la quantité de mouvement. Conclusion : On priviligiera les “global muons” dans l’évaluation du candidat J/ Ψ

Critters 3 : isolation des muons 17 ? aimant Conclusion : On priviligiera les muons isolés (pas contenus dans les jets) dans l’évaluation du candidat J/ Ψ

Méthode d‘évaluation commune 18 La note du candidat J/ Ψ doit être comprise entre 0 et 3. CasNote 2 “global muons” isolés (muons de charges opposées) 3 1 “global muon” isolé + 1 “global muon” non isolé (muons de charges opposées) 2 1 “global muon” isolé + 1 “tracking muon” isolé (muons de charges opposées) 1 Autres0

19 Un ou deux exemples Démonstration en live avec iSpy

20 Où dois je retranscrire mes notes ? Vous devez enregistrer directement les notes attribuées à chaque événement sur une feuille Excel accessible depuis internet Ouvrez FireFox et sélectionnez dans le Marque page « Evaluation des JPsi »

21 Où dois je retranscrire mes notes ?

Plus on est de fous, Regroupement local Regroupement international Chaque binôme analyse 50 événements.  ~1500 événements traités Quatre autres classes dans le monde effectuent l’exercice en même temps que vous, mais avec des événements différents.  ~6000 événements traités

A vous à de jouer ! 23

A vous à de jouer ! 24

Annexe 1 : Ting‘s results 25

26 C’est la première particule composée de quarks charmes observée Découverte en 1974 indépendamment par 2 chercheurs américains (et leurs équipes respectives) J Ψ Samuel TingBurton Richter Découverte récompensée par le prix Nobel de Annexe 2 : Vous avez dit J/Ψ ?