Préparation des TD Objectif : utiliser outil « Wired » -Mesurer rapport d’embranchements du Z -Mesurer constante de couplage de interaction forte à l’énergie du Z M. Escalier

Topologie de la collision Détecteur Delphi production Z0, impulsion ~ 0 e- e+ désintégration vers état final Trajectographe : traces particules chargées calorimètre électromagnétique : mesurer énergie e-, photons par interaction matière du calorimètre calorimètre hadronique : mesure énergie hadrons par interaction avec noyaux matière chambres à muons : muons + lourds, atteint rayon plus grand

Identification des désintégrations avec le programme WIRED info sur événement énergie dans centre de masse : collision [GeV] nombre de traces (particules chargées) énergie mesurée par détecteur [GeV] ECM=Emesuréetoutes particules mesurées VUE DE L’EVENEMENT

VUE DE L’EVENEMENT vue de face vue de côté cylindrique central trajectographe détecteur de vertex chambres à muons calorimètre électromagnétique bouchons avant/arrière calorimètre hadronique

I Désintégration du Z désint. possibles BR théorique Ze+e- 3,67 % Zt+t- 3,67 % Znn 20,00 % Zqq 69,90 % leptons - - expérimental 2 jets ~ 40 % 3 jets ~ 24 % ≥4 jets ou plus ~ 6 %

Ze+e- trajectographe calorimètre électromagnétique calorimètre hadronique chambres à muons trajectographe : -2 traces seules -directions opposées calo électromagnétique : -2 dépôts E (taille=dépôt≠direction) ~toute l’énergie mesurée (MET~0)

Zµ+µ- « µ »=muon similaire à e+e-, mais µ : mais signal dans chambre à muons trajectographe calorimètre électromagnétique calorimètre hadronique chambres à muons

Zt+t- « t »=tau t non détectés : désintégration rapide en autres particules te+ne+nt 17 % énergie transverse (MET) importante tµ+nµ+nt 17 % thadron+nt 65 % 1, 3 traces chargées tt : 2, 4 ou 6 traces chargées trajectographe calorimètre électromagnétique calorimètre hadronique chambres à muons tµ+nµ+nt te+ne+nt

Autre exemple trajectographe calorimètre électromagnétique calorimètre hadronique chambres à muons t : hadronique+ nt gerbes particules µ tµ+nµ+nt « + » : muon

Zqq 2 jets - trajectographe calorimètre électromagnétique calorimètre hadronique chambres à muons éloignement quarks création paire q-q, etc… : jets - 2 quarks2 jets (hadrons, autres particules) traces Calo elmg Calo hadronique µ dans jet Les jets peuvent contenir des muons

Zqq 3 jets - trajectographe calorimètre électromagnétique calorimètre hadronique chambres à muons - eg : Zqq +1 gluon : topologie 3 jets fréquent : q : émission gluon (jet) topologies 2, 3, 4 jets…

- Zqq 5 jets - eg : Zqq+3 gluons5 jets

- Znn Pas de trace : impossible à compter Prédiction Modèle Standard : Br(Znn)=20 % Identification : -déduction par soustraction autres phénomènes -détecteur gigantesque (ce n’est pas le cas)

Mesure BR(Z) Mesurer # désintégrations de chaque type (ee, mumu, tautau, 2 jets, 3 jets, ≥4 jets, etc…) : utiliser Wired Rapport de branchement (BR) =ni/ntot n : prédiction Modèle Standard : 20 % Znn Tenir compte des désintégrations neutrinos (20%) Eg : 100 événements : 5 événements de type « A » BR(« A »)=5/(100/0,80)==4 % Comparer avec théorie

Mesure constante de couplage forte interaction (force) nature constante de couplage=intensité force -interaction forte : as -interaction électromagnétique : aEM -interaction faible : aW -interaction gravitationnelle (la plus faible) : GN (constante de Newton) Modèle Standard ~Forces couplages supersymétrie ~E

Comment on fait ? Probabilité émission jet : ~ aS(MZ) aS=k N3-jets/N2-jets compter événements avec 3 jets et 2 jetsaS(MZ) k : cte=f(reconstruction des jets dans le détecteur) [ f(algorithme de jets)=f(d ou djoin) ] d=(impulsion, direction particules) k~0,2 WIRED : d=5 GeV/c théorie : aS=0,119±0,002

A vous de jouer !! …

ANNEXE

Les outils pour la physique des particules Accélératuer pour créer des particules par collision : LHC Détecteur pour déterminer particules produites : ATLAS

accélérateur

détecteur Interaction rayonnement-matière Trajectographe Identification particules Mesure impulsion : aimant Mesure énergie : calorimètre Détecteur muon

MET : pointillés+valeur

Calorimètre : absorbe énergie particule calorimètre sur couche extérieur au trajectographe Atlas : calorimètre électromagnétique : e+, e-, gamma Calorimètre hadronique : hadron (n, p, etc…) Muon : traverse trajectographe et calorimètre Neutrinos : traversent détecteur sans interagir : signature : énergie manquante Axe z faisceau : énergie particules initiales inconnue (particules dans proton) Suivant transverse : 0connaissance énergie transverseMET Dashed line sur schéma Aimant : courbe particules chargés Solénoide et toroide : courbe dans plans différents charge et impulsion

Hypatia tonneau Canvas window : vue du détecteur bouchon Z : axe des faisceaux X, y : axes perpendiculaires aux faisceaux

Control window : modifier paramètres Pick : selectionner traces et avoir ses paramètres : charge, impulsion, angle Cut : sélectionner une coupure en Pt Track momenta window : caractéristiques des traces File : sélectionner fichier pour événements Next Event, Previous Event Onglet RecTracks : traces reconstruites par trajectographe RecMuonTrack : traces reconstruites par spectromètre muon Simulated : simulation Traces simulés : générées avant interaction avant détecteur (reconstruction) Peut être caché (« hide  »)

Particules se désintégrant en autres particules Convergence de plusieurs traces en un même point : « vertex » Pourraît provenir de la désintégration d’une particule initiale calculer masse invariante : m=sqrt(E2-p2) E : énergie : SEi p : impulsion : Spi flèche Pour une meê particule, masse doit être pratiquement toujours la même : distribution centrée autour od’une valeur moyenne Larguer à mi-hauteur : G Largeur : donne information : eg GZnb de types de neutrinos

exercices I Provide a file of mixed muons and electrons and ask the student to identify them looking at the different detector signatures. Investigate the effect of the cut button. What happens if you increase the p threshold. Explain why? Associate the Inner Detector tracks with the Muon tracks in the case of muons.

Proposition d’agenda -9:30 : bienvenue, inscription -10:00 : préparation générale : Physique des particules, modèle standard, accélérateurs, détecteurs -10h45 : discussion -11:00 : présentation détails techniques pour session PC aprèsmidi -11h45 : discussion -12:00 : visite du laboratoire, informations sur le laboratoire -12h30-14h00 cantine (discussion possible avec intervenants) -14h00-16h00 : sessions PC désintégrations Z à LEP 14h00 : introduction 14:30 : binômes étudiants travaillant sur PC Fichiers .xls 15:30 : synthèse résultats, discussion, interprétation 16:00 : pause 16:30-18:00 : conférence video en anglais Quiz 18h00 fin : souvenirs, brochures, cds

Distribuer un quizz au début : Exemples : combien d’interactions dans la nature ? Quelle est l’interaction la plus faible ? Combien existe-il de familles de neutrinos ? etc…

Répartition des tâches -conférences : candidat si sujet bien défini -installation soft/tests sur PC -encadrement séances PC : candidat -réservation des salles -Préparation quizz : candidat -Relations sociales avec lycées, publicité -logistique

Masse invariante, px, py, pz Intro générale physique des particules Delphi, structure détecteur

Combinaison

II WW Paires W : plus difficiles à analyser ECM ~ 200 GeV nécessaire Plus de particules chargées dans détecteur difficile de dinstiguer produits de désintégration de chaque W Objectif : mesurer rapport branchement W

II Désintégration du W théorique Wen  10,7 % Wµn  10,7 % Wtn  10,7 % Wqq  67,8 % Leptons : 32,2 % - hadrons

Désintégration de 2 W We- ne majorité dans calo électromagnétique Wµ nµ Chambre à muon Pas parfaitement à 180° : neutrinos prennent impulsion transverse eg : supposons e- d’un W dans même direction que jet de autre W e- semble faire partie du jet plus facile avec e- isolé

La désintégration tauonique d'un boson W est particulièrement compliquée, puisque le tau peut se désintégrer lui-même en un électron ou un muon (+ neutrinos). Il est alors particulièrement difficile de distinguer entre une désintégration électronique (resp. muonique) du W et une désintégration tauonique dont le tau s'est désintégré en électron (resp. muon). Pour simplifier l'exercice, seuls les deux rapports de branchement pour les désintégrations leptoniques et hadroniques pourront être mesurés. Ceci veut dire que l'on ne fait pas la distinction entre les différents types de leptons. Ce faisant, le problème des désintégrations tauoniques est évité. A présent, selectionnez un nombre de collisions de paires de bosons W et comptez le nombre des différentes désintégrations. Le calcul des rapports de branchement est plus facile que celui du boson Z, car il n'y a pas de désintégration invisible (en neutrino uniquement). Le rapport de branchement d'un mode est simplement le nombre de désintégrations de ce mode identifiées divisé par le nombre total de désintégrations analysées.

Wqq (jj) Wqq (jj) Wµ nµ

Regarder MET !! Voir dans download pour reconstruction http://web.phy.bg.ac.yu/~hypatia/