L’exercice d’aujourd’hui Analyse de quelques collisions proton- proton réelles dans CMS – Identifier les particules, déterminer ce qui s’est passé au cours.

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1 L’exercice d’aujourd’hui Analyse de quelques collisions proton- proton réelles dans CMS – Identifier les particules, déterminer ce qui s’est passé au cours de la collision – A partir de l’analyse d’un grand nombre d’événements, obtenir un aperçu de quelques phénomènes de physique fondamentale! CMS Masterclass 2013

2 Qu’allons nous chercher? Nous étudierons certaines particules créées dans les collisions (W +, W -, Z 0 ) se désintégrant en particules stables (e +, e -,  +,  - ) qui ont été détectés dans CMS. W      W      invisible, énergie transverse manquante) W   e     W   e   Z   e +  e -, Z 0       - et ignorerons (absents des fichiers d’étude) W   hadrons, W   hadrons, Z 0  hadrons ainsi que toutes les autres particules créées

3 Qu’allons nous chercher? Nous étudierons aussi des événements rares (nouveauté 2014 !) de désintégration de bosons de Higgs H en : H  Z  Z  avec Z   e +  e - ou Z 0       - il y a 3 événements de ce type, répétés (1 dans chaque série de 100) H   il y a 10 événements de ce type, répétés (2 dans chaque série de 100)

4 Comment reconnaitre les particules stables dans CMS? e+e--e+e--

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8 Visualisation d’événements Énergie manquante Dépôts d’énergie faisceau Contrôles de visualisation Dépôts d’énergie Énergie manquante faisceau

9 Identification des particules dans CMS Muon (trace rouge) traversant tout le détecteur et laissant des dépôts dans les couches externes. L’énergie manquante est représentée par la flèche jaune. Electron (trace jaune) s’arrêtant dans le calorimètre électromagnétique (ECAL). L’énergie manquante est représentée par la flèche jaune.

10 W se désintégrant en un muon et un neutrino (non détecté) Signature: Signal dans les détecteurs à muons + énergie manquante

11 Z 0 se désintégrant en 2 muons Signature: Deux signaux dans les détecteurs à muons

12 Comment mesurer la charge Déviation dans les sens des aiguilles d’une montre : charge + Ligne droite trace

13 Les objectifs de l’exercice Pouvons nous calculer le rapport W + /W - ? Pouvons nous calculer le rapport e/  dans la désintégration du W  Pouvons nous visualiser la distribution de masse du Z 0 ? Pouvons nous trouver des événements Z 0 Z 0 ? Z 0  e + e - Z 0   +  – et donc Z 0 Z 0  e + e - e + e -  +  -  +  - e + e -  +  – Pouvons nous trouver des événements  ?

14 Exercice – comment démarrer : Répartissez vous par groupes de deux – Chaque groupe (numéroté N = 1-15) étudiera jusqu’à 100 événements – Ouvrez deux onglets dans Firefox (normalement déjà fait!) 1.Logiciel de visualisation d’événements : http://www.i2u2.org/elab/cms/event-display/ 2.Feuille de résultats : https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0AqwqmSKBaqY9dFByTVg3cF9D Sm5Gc3VXbUNsb0hRb0E#gid=1 – Sélectionnez l’onglet ‘Data Geneve’, puis repérez les lignes correspondant à votre groupe (materclass_N) Les rapports e/mu et W+/W- (après vos 100 événements) sont automatiquement calculés – L’onglet ‘Massplot Geneve’ sera rempli à la fin de l’exercice. – L’onglet ‘Results Geneve’ sera automatiquement rempli et mis à jour.

15 Classification des événements – Cliquez sur l’icone pour avoir une vue transverse – Vérifiez que la boite “Drift tubes (muon)” est cochée – Cliquez sur l’icone ‘dossier’ et sélectionnez “masterclass-2014“ puis “masterclass_N.ig” où “N” est le numéro de votre groupe. Finalement, sélectionnez le premier événement de la liste and cliquez sur le bouton “Load” – Vérifiez que la boite “Missing Et (reco)” (énergie transverse manquante) est cochée – Décocher la boite “Tracks (reco)” peut aider…. – Utilisez les rotations, zoom etc. pour déterminer si vous êtes en présence d’un Z 0 ou W + ou W - ou H – Il doit y avoir un 1 et qu’un seul 1 pour chaque événement dans les colonnes F à K! – Pour passer à l’événement suivant, cliquez sur l’icône – Essayez de ni vous précipiter, ni perdre trop de temps…

16 Google Spreadsheet

17 “masse invariante” A C B E B, P B E C, P C MAMA Les mesures effectuées sur la paire de particules B et C sont combinées pour obtenir la “masse invariante” de la particule mère A. Autre objectif de l’exercice : estimer la masse du Z 0

18 “masse invariante” (cont.) Paires e + e - Paires m + m - Résultats publics de CMS obtenus en 2010

19 Un des objectifs de l’exercice Un quarks du proton peut être “excité” (par l’énergie de la collision) et se transformer en un autre type of quark, en émettant un W proton : uud, neutron : udd Le quark ‘down’ peut se transformer en quark ‘up’ en émettant un W - On peut, notamment, mesurer le rapport entre le nombre de W + and W - produits dans les collisions dans CMS – Une idée du résultat? – discutons en plus tard! W + +1 up +2/3 down -1/3 anti electron +1 neutrino 0

20 Discussion d’un résultat rapport W + /W - : il donne une idée de la structure interne du proton Naïvement, on s’attend à 2 (charge + du proton) Comment expliquer cet effet? Le modèle “simple” du proton (uud) n’est pas entièrement correct……