A. Lucotte30-SEP-2004 La recherche du Boson de Higgs : Contraintes directes et indirectes.

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1 A. Lucotte30-SEP-2004 La recherche du Boson de Higgs : Contraintes directes et indirectes

2 A. Lucotte30-SEP-2004 Plan de lexposé Le secteur é lectrofaible du MS et au-dela Formalisme utilis é Limites th é oriques sur le Boson de Higgs Limites exp é rimentales directes Limites exp é rimentales indirectes Z-lineshape Asymetries polarisees Saveurs lourdes W mass Top Mass Fit global (avant / apres) mt vs mWInterpretation MS vs MSSM ou CMSSM MS vs Higgs lourds (S,T parametres)

3 A. Lucotte30-SEP-2004 Le Modèle Standard Le MS d é crit : Constituants é l é mentaires de la mati è re : e et e R, μ R, R e - μ - - u c t et u R, c R, t R, d R, s R, b R d s b Interactions entre constituants invariance p/r au groupe de jauge SU(3) C xSU(2)xU(1) Y Structure du MS Sym é trie SU(3) C : interaction forte Sym é trie conserv é e Boson m é diateur : le gluon, de masse nulle Sym é trie SU(2) L x U(1) Y : interaction é lectrofaible Sym é trie spontan é ment bris é e EM sym é trie r é siduelle Bosons m é diateurs : W ± et Z massifs (interaction faible) massifs, Photon γ ( é lectromagn é tisme) de masse nulle Le MS th é orie renormalisable :Observables calculables à partir d un ensemble fini de param è tres à tous les ordres de corrections radiatives L L L L L L

4 A. Lucotte30-SEP-2004 Les prédictions du MS : introduction Théorie renormalisable Prédictions des quantités mesurables possibles: à partir dun ensemble fini de paramètres à tous les ordres de corrections radiatives Choix des paramètres initiaux : Choix des paramètres les mieux définis / déterminés : Ordre 0 (m Z, G F, α QED (Q 2 =0) ) Tout ordre (m Z, G F, α QED (Q 2 =0),α s,m fermion, m Higgs ) Valeurs des paramètres A l échelle dénergie appropriée pôle du Z Au final : m top m Higgs m Z = 91.1875(21) GeV G F = 1.16637(1) 10 -5 GeV -2 -1 (m Z 2 ) = 128.xx (xx) s (m Z ) = 0.118 (2)

5 A. Lucotte30-SEP-2004 Les prédictions du MS : les corrections radiatives Les corrections radiatives Corrections photoniques Énergie propre du photon Boites + Vertex (bremsstrahlung) Corrections électrofaibles Énergie propre du W/Z Énergie propre des fermions : Vertex Paramètres ρ Importantes mais bien connues m W 2 m W 2 m Z 2 cosθ W m Z 2 cosθ W

6 A. Lucotte30-SEP-2004 Ajustement des mesures électrofaibles : le Modèle Standard Observables électrofaibles Observables de hautes énergies : Plus 1000 mesures avec des incertitudes corrélées Total de 17 observables de précision Propriétés du boson Z f f 4 paramètres de résonance (m Z, Γ Z, σ 0 had, R had ) 3 paramètres dasymétries leptoniques (A LR,A 0,l FB ) 5 paramètres de désintégration du Z bb, cc 1 asymétrie de charge inclusive Propriétés du boson W 2 paramètres (m W, Γ W ) Propriété du quark Top 1 paramètre (m top ) LEP1 + SLD LEP2 + TeVatron TeVatron

7 A. Lucotte30-SEP-2004 Les paramètres de la résonance du Z La résonance du Z

8 A. Lucotte30-SEP-2004 La masse du boson W Mesures de la masse du W Sensibilité au boson de Higgs

9 A. Lucotte30-SEP-2004 La masse du quark top Mesures du quark top Sensibilité au boson de Higgs

10 A. Lucotte30-SEP-2004 Les saveurs lourdes (Z bb,cc) La résonance du Z ParametresObservable M Z Γ Z mσ 0 had R lep A 0,l FB 0.160.290.20

11 A. Lucotte30-SEP-2004 Les asymétries polarisées La résonance du Z ParametresObservable M Z Γ Z mσ 0 had R lep A 0,l FB 0.160.290.20

12 A. Lucotte30-SEP-2004 Ajustement des mesures électrofaibles : dans le cadre du MS

13 A. Lucotte30-SEP-2004 Ajustement des mesures électrofaibles : dans le cadre de SUSY

14 A. Lucotte30-SEP-2004 Ajustement des mesures électrofaibles : au-delà du MS

15 A. Lucotte30-SEP-2004 Ajustement des mesures électrofaibles : au-delà du MS

16 A. Lucotte30-SEP-2004 Ajustement des mesures électrofaibles : au-delà du MS

17 A. Lucotte30-SEP-2004

18 A. Lucotte30-SEP-2004 BACKUP SLIDES

19 A. Lucotte30-SEP-2004 Les prédictions du MS : introduction Théorie renormalisable Prédictions des quantités mesurables possibles: à partir dun ensemble fini de paramètres à tous les ordres de corrections radiatives Choix des paramètres initiaux : Choix des paramètres les mieux définis / déterminés : Ordre 0 (m W, m Z, α QED (Q 2 =0) ) Tout ordre (m W, m Z, α QED (Q 2 =0),α s,m fermion, m Higgs ) Valeurs des paramètres : Nécessité dutiliser ces paramètres à lechelle d énergie appropriée pôle du Z Au final : m top m Higgs -1 (0) = 137.03599877(40) s (m Z ) = 0.118 (2) G (m ) = 1.16637(1) 10 -5 GeV -2 m Z = 91.1875(21) GeV (m Z 2 ) = (0)/(1-Δ 5 had -Δ lep )(m Z 2 ) = (0)/(1-Δ 5 had -Δ lep ) σ(e + e - γ* hadrons ) σ(e + e - γ* hadrons ) σ(e + e - γ* μ+μ- ) σ(e + e - γ* μ+μ- ) R γ (s) = -1 (m Z 2 ) = 128.xx (XX) -1 (m Z 2 ) = 128.xx (XX) Calculable analytiquement Relation de Dispersion :

20 A. Lucotte30-SEP-2004 Radiative Corrections Quantum loops generate corrections in three sectors: DEFINITION DEFINITION = 0 / (1- ) = 0 / (1- ) a = I 3 a = I 3 v = I 3 (1 - 4|Q| sin 2 W ) v = I 3 (1 - 4|Q| sin 2 W ) sin 2 W 1 - m 2 W /m 2 Z (1+ r) 1 + QED + w (m Top, m Higgs ) 1 + 0.038 + 0.002 sin 2 eff r + r W (m Top, m Higgs ) 0.06 - 0.014 0.06 - 0.014 (m Top, m Higgs ) 0.005 0.005

21 A. Lucotte30-SEP-2004 Masse du Higgs : contraintes théoriques Unitarit é Diffusion de bosons σ(V L V L V L V L ) diverge Contribution du Higgs n é cessaire Limite sup é rieure sur m H Trivialit é Evolution de λ(Λ) : EGR λ(Λ) augmente avec Λ … et donc g f (Yukawa) Il faut borner λ(Λ) Limite sup é rieure m H Stabilit é du vide V(Ф) doit avoir un minimum absolu V(Ф)/Ф > 0 λ(Λ) > 0 Limite inf é rieure sur m H m H (22π/G F ) 1/2 870 GeV/c 2 m H < 8π 2 v 2 / 3 log( Λ 2 / v 2 ) m H > 52 GeV/c 2 à Λ = 1 TeV Région autorisée pour m H en fonction de Λ

22 A. Lucotte30-SEP-2004 Le Boson de Higgs dans le Modèle Standard Le Higgs dans le Mod è le Standard M é canisme de brisure de la sym é trie é lectrofaible = m é canisme de Higgs Champ scalaire Ф (complexe) doublet de SU(2) Potentiel V(Ф) = λ( Ф Ф – v 2 /2 ) v est la valeur moyenne dans le vide le minimum de V(Ф) est alors |Ф| = v/ 2 G é n é ration des masses Masses des bosons : interaction avec le champ valeur v M W = M Z = La mesure de la dur é e de vie du muon fournit v : v = (2G F ) -1/2 246 GeV Masses des fermions (Yukawa) Couplages du Higgs aux fermions m f = g f v / 2 Masse du boson de Higgs m H = 2 λv 2 λ est un paramètre libre du MS gv gv 2 2cosθ W 2 2cosθ W

23 A. Lucotte30-SEP-2004 Masse du Higgs : contraintes expérimentales Recherches directes Etudes @ LEP : e+e- HZ HZ bbll HZ bbqq Contraintes indirectes Contraintes indirectes LEP + SLAC + TeVatron : M Z, M W, m t sin 2 θ W, α EM Ajustement dans le MS : Param è tre libre m H Exclusion @ 95% CL : m H > 114.4 GeV/c 2 Les résultats experimentaux favorisent un Higgs léger: m H = 114 +69 -45 GeV/c 2 m H < 260 GeV/c 2 @ 95% Qques candidats ? @ m H 115 GeV/c 2 ( statistiquement ~2 σ) - - -

24 A. Lucotte30-SEP-2004 La chasse au Higgs au Run II Recherche directe du Higgs Run I (1989-1995) Recherche indirecte du Higgs Mesures de pr é cision M W & m t 90100 110 120 130 Higgs Mass [GeV/c 2 ] 100 10 1 10 -1 σ(pp VH) x BR(H bb) [pb] CDF Preliminary Run I C.L. Upper limits VH combined llbb lνbb qqbb ννbb Standard Model Améliorer la Sensibilité au Higgs léger dun facteur > 80 ! Améliorer les incertitudes Sur M W et m t ΔM W = 27 MeV/c 2 (2 fb -1 ) ΔM W = 27 MeV/c 2 (2 fb -1 ) ΔM W = 15 MeV/c 2 (15 fb -1 ) et Δm t = 2.7 GeV/c 2 (2 fb -1 ) Δm t = 1.3 GeV/c2 (15 fb -1 ) 15 fb -1

25 A. Lucotte30-SEP-2004 La recherche Higgs au TeVatron : Bilan Revisité … Perspectives Re-analyses (2003) faites en utilisant les donn é es Run IIa Canaux WH lνbb et ZH ννbb R é - é stimation des fonds Param é trage de l efficacit é d é tiquetage des b Etudes de r é solution M bb G é n é ralisation de l usage des NN Le Run IIa est d é fini par la dur é e de vie des d é tecteurs de Vertex D é gradation attendue des performances à partir de ~4 fb -1 4 fb -1 La direction de FermiLab a rennoncé a lupgrade des détecteurs de Vertex (début 2003) Il nest donc pas impossible de retrouver une position similaire à celle de LEP-II dici 2007, avec les indices dun signal statistiquement insuffisamment significatif FERMILAB-PUB-03/320-E LEP exclu