Collisions, Détection, Interprétation International MasterClasses 2012 12/03/12 - CERN.

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1 Collisions, Détection, Interprétation International MasterClasses 2012 12/03/12 - CERN

2 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 10 -13 atmosphère A quoi sert-il ? Accélérer des protons Produire des collisions

3 Création de particules lourdes et instables (ex : t, W, Z) ? Collision

4 Les particules

5 Les particules stables

6 Les gluons et les quarks s’hadronisent. Les neutrinos sont quasi-indétectables

7 ? Pour étudier les particules intermédiaires, il faut connaître les particules finales : leur type leur direction leur énergie

8 Les détecteurs au LHC

9 Compact Muon Solenoïd 14500 tonnes, 15 m de diamètre, 22 m de long

10 La détection des particules Déterminer leur direction

11 La chambre à étincelles + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - HT

12 Trajectographe en Silicium

13 La détection des particules Identifier la charge

14 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

15 La détection des particules Mesurer l’énergie

16 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

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25 Les particules stables

26 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

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28 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 → 

29 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

30 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

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