Identifier les particules

L'accélérateur LHC Deux faisceaux de protons circulent en sens opposés dans le tunnel Lancés à 99,9999991 % de la vitesse de la lumière Chaque paquet de protons fait 11 000 fois le tour du LHC en 1 seconde ! 10 heures : Parcourt équivalent aller-retour Soleil-Neptune Énergie de chaque proton = 7 TeV = 7500 fois sa masse = énergie d'un moustique en vol 100 milliards de protons par paquet = 100 milliards de moustique soit l'énergie d'un TGV à 150 km/h... concentré dans une tête d'épingle

Electrons

Photons

Muons

Jets de quarks et gluons Récapitulatif muon électron Chambres à muons Calorimètre hadronique électromagnétique Détecteurs de traces chargées Dépot électromagnétique Une unique trace chargée Très peu de dépot Une unique trace chargée Jusqu'aux chambres à muons Neutrino Jets de quarks et gluons Dépot hadronique Plusieurs traces chargées Energie manquante

Jets

Comment identifier les particules ? Retrouver leurs caractéristiques Masse Charge électrique Energie En mesurant : Trajectoire → charge, impulsion (masse x vitesse) Energie / type d'interaction subie par la particule électron/photon : interaction électromagnétique quarks : interaction forte muon : peu d'interaction dans la matiere neutrino : invisible !

La trajectoire - Principe Une particule électriquement chargée est deviée par le champ magnétique d'un aimant → Les particules neutres vont tout droit  → Les particules chargées spiralent Plus une particule va vite, plus elle est lourde, moins sa trajectoire sera perturbée par le champ magnétique → La courbure de la trajectoire donne une mesure combinée de la vitesse et de la masse

Détecteur de traces chargées Couches concentriques, proches du point de collision Les particules chargées arrachent des électrons sur leur passage : Les électron d'ionisation sont collectés : signal électrique mesuré au point de passage de la particule Particule neutre : pas de points de mesure ! Particule chargée très énergétique : pas de courbure ! Particule chargée négativement Particule chargée positivement

Attentions aux pièges ! conversion Photon (électriquement neutre) → électron (négatif) + positron (positif)

L'énergie - Principe → Le neutrino → Le muon Pour mesurer l'énergie des particules, il faut réussir à les arrêter, en les freinant grâce à de très grandes quantités de matière. Plus les particules sont énergétiques, plus la quantité de matière traversée sera importante. Deux particules échappent à cette règle : → Le neutrino → Le muon

Le calorimètre → Sandwich de matériaux: détecteur Particule → matériau absorbeur Sandwich de matériaux: absorbeurs : milieux denses où les particules interagissent détecteurs :  comptage des particules secondaires, proportionnelles à la perte d'énergie. Deux types de calorimètres électromagnétique : stoppe facilement les photons et électrons, qui interagissent beaucoup avec la matière hadronique : stoppe les particules constituées de quarks (les «jets»)