Présentation des exercices de Travaux Dirigés: Structure du proton par la recherche de Bosons W Sylvie Dagoret-Campagne MasterClasses 2011, Orsay-LAL,

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1 Présentation des exercices de Travaux Dirigés: Structure du proton par la recherche de Bosons W Sylvie Dagoret-Campagne MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 1 14 Mars 2011

2 Objectif, étudier la structure du Proton MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 2 Vision naïve de la structure du proton

3 La structure du proton est complexe MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 3 Description théorique très complexe du modèle standard Expérimentalement c’est encore plus confus gluon (dessin d’artiste)

4 Pour comprendre, il faut casser les protons en les faisant collisionner MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 4 On crée des débris qui nous renseignent sur cette structure Énergie transverse Energie longitudinale

5 Conservation de l’énergie (on conservation de l’impulsion) MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 5 Avant la collision :

6 Conservation de l’énergie (ou conservation de l’impulsion) MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 6 Après la collision : W±W± Neutrino invisible ν e, ν μ Lepton visible, e ±,μ ± Résidus des particules « spectatrices », débris du proton Résidus des particules « spectatrices », débris du proton

7 Conservation de l’énergie (on conservation de l’impulsion) MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 7 Après la collision : W±W± Energie transverse manquante Impulsion transverse grande Impulsion transverse petite Impulsion transverse petite Axe transverse Axe longitudinal Impulsion qui part vers le haut = Impulsion qui part vers le bas

8 Production d’un boson W MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 8

9 Evénements de Signal et de Bruit de Fond MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 9

10 Comment sélectionner des événements W Afin d'identifier un événement comme un événement signal, vous remarquerez les critères suivants. C'est vraiment un événement marquant, si Il y a exactement un Lepton (soit un électron ou un positron ou un muon ou un anti-muons), qui apparait isolés (c'est à dire il ne semble pas l'intérieur d'un JET) et a une impulsion transverse (Pt) supérieure à 20 GeV. En outre, a une impulsion transverse manquante (MET) d'au moins 25 GeV et l'angle entre le lepton chargé et la ligne MET doit être entre 160° et 200°. Ce n'est que si un événement remplit tous ces critères, qu’une particule W a été créé à cet événement et donc nous l'appelons un événement marquant. MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 10

11 Recherche du boson de Higgs MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 11 Si vous trouvez des paires de W, c’est le succès mondial ! bruit signal H  W + W - | |  μ - ν |  μ + ν ou bien plus rare: H  Z Z | |  μ - μ + |  μ + μ -

12 12 Recherche d’un Boson de Higgs au LHC dans le détecteur de trace H  ZZ  μμμμ

13 Recherche du boson de Higgs Vous devez également connaître les critères, qui vous permettront d'identifier un candidat possible Higgs. Un événement candidat Higgs doit: contenir exactement deux leptons, de charge opposée, isolés sur un côté et chacun d'eux doit avoir une impulsion transverse d'au moins 20 GeV. En outre une énergie transverse manquante d'au moins 40 GeV est requise. Ce n'est que si un événement remplit tous ces critères une particule de Higgs pourrait avoir été produit à cet événement et donc nous l'appelons un événement candidats Higgs. MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 13

14 Animations pédagogiques Interactions particules-détecteurs https://kjende.web.cern.ch/kjende/fr/wpath_teilchenid1.htm Analyse de quelques événements: Exemple de scan d’événements MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 14

15 MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 15 Feuille de résultats à remplir par chaque groupe

16 Mesure de la structure du proton MasterClasses 2011, Orsay-LAL, 14 mars 2011 16 Il faut mesurer : R= nombre(W+(qg)) /nombre(W-(qg)) = x/(1-x)