Recherche des bosons W et Z dans les données du détecteur CMS

Les briques de Lego élémentaires Il existe beaucoup plus que ces 3 particules élémentaires, les autres particules vont se désintégrer dans des particules plus « stables ». Quarks Leptons Charm/charme Strange/étrange Top/top Bottom-Beauty/beauté Up/haut muon tau neutrino électronique muonique tauique electron Down/bas

Rappel sur les interactions fondamentales 3

Production des particules au LHC LHC = “créateur” de particules CMS = détecteur de particules 4

Principe d’une expérience de physique des particules E=mc2 Peuvent créer des nouvelles particules de masse m Les particules accélerés à haute énergie E

Production des bosons W+, W- et Z au LHC Première couche de détecteurs de CMS Z W+ u d 6

Désintégration des bosons W+, W-, Z Première couche de détecteurs de CMS Les bosons Z, W+, W- sont très éphémères : elles se désintègrent en des particules plus légères. Z W+ Ce sont les particules issues de la désintégration qui vont interagir avec les premières couches de détecteurs. 7

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+ νe W+ → µ+ νµ W- → µ- νµ W- → e- νe W+ W- 8

Présentation de l’exercice 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. Votre mission est double : 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 ? 10

Prise en main du programme de visualisation Ouvrez FireFox dans le lien sur votre desktop 11

Visualiser 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 12

Vue transversale du détecteur Détecteurs à muons Calorimètre hadronique Calorimètre électromagnétique Trajectographe

Energie manquante (neutrinos ?) Trace de la particule reconstruite à partir du trajectographe et des crystaux  Particule = electron

Visualiser un événement Trace de la particule reconstruite à partir du trajectographe et des chambres pour muons  Particule = muon 15

Décrypter un événement 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 16

Exemple 1 : qu’est-ce que c’est ? 2 muons Pas d’énergie manquante observée Les courbures sont opposées : les muons sont de charges opposées Candidat Z Electron Muon W+ cand W- cand W cand Z cand « zoo » 1 17

Exemple 2 : qu’est-ce que c’est ? 1 seul muon énergie manquante notable W+ ou W- Signe de la charge électrique du muon : courbure dans le sens horaire  charge négative  W- Electron Muon W+ cand W- cand W cand Z cand « zoo » 1 18

Exemple 3 : qu’est-ce que c’est ? 1 seul électron énergie manquante notable W+ ou W- Signe de la charge électrique de l’électron : ???? Electron Muon W+ cand W- cand W cand Z cand « zoo » 1 19

Plus on est de fous … Regroupement local Chaque binôme analyse 100 événements.  ~400 événements traités 20

Exploitation des résultats A partir de vos observations, on peut construire un graphique qui montre la masse des particules dans le évènements à 2 particules (2 muons ou 2 électrons). Par exemple : Un histogramme représentant la masse des candidats à 2 muons sélectionnés

A vous de jouer