Le parcours Z. Masterclass au LPSC.

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1 Le parcours Z Masterclass au LPSC 2015 delsart@lpsc.in2p3.fr genest@lpsc.in2p3.fr

2 Plan Expériences en Physique des Particules Principes identifier les particules Utilisation du logiciel d analyse HYPATHIA

3 Rappel de la matinée La physique des particules Les quarks (up, down,...) Les leptons (electron,...) Les bosons de jauge Le boson de Higgs Particules élémentaires Interactions fondementales Les détecteurs et accelérateurs Modèle Standard (MS)

4 La Physique Quantique Le Modèle Standard est une théorie Quantique Issue de la Mécanique Quantique qui décrit les phénomènes microscopiques Les prédictions quantiques sont intrinsèquement aléatoires! Contrairement à la physique classique/macroscopique

5 Physique classique Physique quantique billard collision proton-proton Proton Proton Prédiction classique : Une configuration unique, valeurs uniques V3, V4, x... Prédiction quantique :??? déviation protons création quark tops création boson W création boson H... etc... : : : : X1 % X2 % X3 % X4 % de de de de chances chances chances chances

6 La Physique Quantique Le Modèle Standard est une théorie Quantique Issue de la Mécanique Quantique : décrit les phénomènes microscopiques Les prédictions quantiques sont intrinsèquement aléatoires! Contrairement à la physique classique/macroscopique Le MS ne prédit que des probabilités d occurences On mesure des nombres moyens d occurences pour vérifier le MS

7 Désintegrations Les particules intéressantes (H,Z, ) sont instables Se désintegrent en particules plus légères : électron muons photons quarks Jets hadroniques neutrinos On ne peut observer qu un état final composé de ces particules...

8 Principe d une Analyse 1) On choisit quel processus on cherche! ex : Boson de Higgs en 4 leptons

9 Principe d une Analyse 1) On choisit quel processus on cherche! ex : Boson de Higgs en 4 leptons 2) La théorie prédit un nombre d événements : NH4l Dépend de Nombre total de collisions N coll Intensité/Energie du faisceau efficacité des détecteurs...

10 Principe d une Analyse 1) On choisit quel processus on cherche! ex : Boson de Higgs en 4 leptons 2) La théorie prédit un nombre d événements : NH4l Dépend de Nombre total de collisions N coll Intensité/Energie du faisceau efficacité des détecteurs... 3) Experience! On produit Ncoll collisions On compte tous les événements 4 leptons On compare à NH4l

11 Principe d une Analyse 1) On choisit quel processus on cherche! ex : Boson de Higgs en 4 leptons 2) La théorie prédit un nombre d événements : NH4l Dépend de Nombre total de collisions N coll Intensité/Energie du faisceau efficacité des détecteurs... 3) Experience! On produit Ncoll collisions On compte tous les événements 4 leptons On compare à NH4l Ce que l on va faire durant le TD!

12 Objectifs du TD Observation du boson Z On va rechercher processus de désintegration en leptons e e Z Z Obervation du boson de Higgs Désintegration en 4 leptons Désintégration en 2 photons H H H ZZ ZZ ZZ e e e e e e H 2

13 Objectifs du TD Reconnaitre les particules détectée par ATLAS muons, électrons e, photons, jets hadroniques (mesure de charge, masse, energie) Identifier les évènements Les classer 2 leptons (Z) 4 leptons (Higgs) 2 photons (Higgs) et les compter!

14 Objectifs du TD Reconnaitre les particules détectée par ATLAS Calcul de la masse invariante de l évènement : muons, électrons e, photons, jets <==> hadroniques la masse de la combinaison des leptons ou des photons (mesure de charge, masse, energie) <==> la masse de la particule mère (si elle existe) Identifier les évènements Les classer 2 leptons (Z) 4 leptons (Higgs) 2 photons (Higgs) et les compter!

15 Une collision

16 Une collision

17 Une collision

18 Une collision

19 Collisions À chaque croisement de paquet de protons, plusieurs dizaines de collisions ont lieu au même moment

20 Collisions À chaque croisement de paquet de protons, plusieurs dizaines de collisions ont lieu au même moment

21 ATLAS (lien) Quel detecteur pour quelle particule? Calorimetre hadronique Calorimetre électromagnétiq Chambres à muons Détecteur interne pixel trajectographe 21

22 r u e ct e t De erne int g. a om r t c e l.é o l Ca L electron e- 22

23 r u e ct e t De erne int g. a om r t c e l.é o l Ca Le positron e+ 23/26

24 g. a om r t ec l é o. l a C Le photon

25 r u e ct e t De erne int g. a om r t c e l.é o l Ca ha Calo. dro niq ue les hadrons Jets

26 r u e ct e t De erne int g. a om r t c e l.é o l Ca ha Calo. dro niq ue Le muon Chambres à muons 26/26

27 Energie manquante Le neutrino

28 HYPATIA POUR VOIR LES PARTICULES

29 ha Calo. dro niq ue Le neutron n