Collisions, Détection, Interprétation International MasterClasses /03/12 - CERN
Le Large Hadron Collider Grand Collisionneur de Hadrons Un gigantesque instrument à 100 m sous terre long de 27 km refroidit à 1,9 Kelvin un vide de atmosphère A quoi sert-il ? Accélérer des protons Produire des collisions
Création de particules lourdes et instables (ex : t, W, Z) ? Collision
Les particules
Les particules stables
Les gluons et les quarks s’hadronisent. Les neutrinos sont quasi-indétectables
? Pour étudier les particules intermédiaires, il faut connaître les particules finales : leur type leur direction leur énergie
Les détecteurs au LHC
Compact Muon Solenoïd tonnes, 15 m de diamètre, 22 m de long
La détection des particules Déterminer leur direction
La chambre à étincelles HT
Trajectographe en Silicium
La détection des particules Identifier la charge
Dans la chambre à bulle, les particules ralentissent et leurs trajectoires sont de plus en plus courbées. Un photon produit un électron et un positron. Les charges sont opposées et donc les courbures aussi. Le champ magnétique courbe la trajectoire des particules chargées. La courbure dépend de la vitesse, de la masse et de la charge. Le rôle du champ magnétique
La détection des particules Mesurer l’énergie
Calorimètre Principe : Passage à travers de la matière dense Interactions produisant une cascade de particules secondaires Détection des particules secondaires et estimation de l’énergie de la gerbe Calorimètre électromagnétique : Détection des électrons et photons ( ϒ ) Dans CMS : cristaux scintillants → détection de lumière Calorimètre hadronique : Détection des hadrons
Les particules stables
Mesurer des particules indétectables ! Dans le plan transverse : les particules sont produites au centre du détecteur les directions des toutes les particules s’équilibrent un déséquilibre est signe d’une particule non détectée
?
Reconstruire le puzzle ? Les pièces : les directions et l’énergie des particules détectées La méthode : la conservation de l’énergie, de la quantité de mouvement, de la charge Le résultat : des infos sur la particule intermédiaire (masse, vitesse …) Ex : Z 0 → e+ e-, H →
Higgs → Recherche du boson de Higgs donnant 2 photons : événements rares d’autre particules (π 0 ) ressemblent aux dans le détecteur ces faux événements donneront une masse erronée pour le Higgs reconstruit
Simulation: 1 fb -1 (proportionnel au nombre de collisions produites) Simulation: 2 fb -1 Simulation: 4 fb -1 Simulation: 8 fb -1 Simulation: 16 fb -1 Simulation: 32 fb -1 Higgs → 2 scénarios : Le Higgs existe ou non. Lorsque les données ne sont pas assez nombreuses, la différence n’est pas visible