Le démarrage du LHC. Aperçu du potentiel de découvertes
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- Anne-Laure Drapeau
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1 Le démarrage du LHC Aperçu du potentiel de découvertes Conférence SFP du 18 juin Pierre Van Hove
2 À la frontière franco-suisse 2
3 Près du Lac Léman 3
4 À 100 m sous terre 4
5 Le LHC va démarrer 9 juin 2008: Refroidissement du dernier secteur 7 semaines 1.9 K Fin juillet: faisceau Fin septembre: collisions Premières idées en
6 Le LHC C est quoi? Un tunnel circulaire de 27 km de circonférence à 1.9 Kelvin avec un vide de atmosphère Dans lequel des protons ou des ions de plomb sont accélérés presque à la vitesse de la lumière avant d entrer en collision frontale! 6
7 Le LHC C est quoi? 1011 protons/«paquet» E= 2 mc 2808 «paquets» 2*7 TeV : E (p-p) 40 MHz 1-20 collisions par croisement p p 7 Création de particules grâce à l énergie disponible
8 Pour «photographier» les collisions ALICE ATLAS CMS LHCb 8
9 Principe des détecteurs (CMS) 9
10 Comment est l univers et comment évolue-t-il? Comment? Matière noire? Pourquoi? Comment? Pourquoi? Pourquoi? Comment? Pourquoi Comment?? Antimatière? Comment? Comment Nouvelles? Pourquoi particules?? A t~0 Univers Comment? Comment? Pourquoi Comment?? Pourquoi? très dense et Comment Pourquoi? Comment Pourquoi?? très chaud Comment? Pourquoi? Théorie Pourquoi des? Pourquoi cordes? Pourquoi Pourquoi? Comment? Comment? Comment? Pourquoi? Pourquoi Higgs Comment? Pourquoi SUSY Pourquoi? Pourquoi? Comment? Comment? Comment? Comment Comment?? Comment? Comment? Violation de CP Pourquoi? Comment? Comment?? Comment? Pourquoi? Pourquoi? Comment? Comment? Comment? PQG Comment Pourquoi Pourquoi? Pourquoi?? Comment? Comment?? Pourquoi? Comment? Comment? Pourquoi? Le modèle standard: Pourquoi? Comment Comment? Comment?? Pourquoi? Quarks Comment et leptons? Comment? Comment Lepto-quarks? Comment? + interactions Pourquoi? Comment? (+ Higgs?)? Pourquoi Comment?? Comment? Pourquoi? Comment? Comment? Comment? Comment? Dimensions supplémentaires Comment? 10 Comment la matière est-elle faite?
11 Comment est l univers et comment évolue-t-il? Matière noire? A t~0 Univers très dense et très chaud Antimatière? Nouvelles particules? Théorie des cordes Higgs SUSY Violation de CP PQG Lepto-quarks Le modèle standard: Quarks et leptons + interactions (+ Higgs?)? Dimensions supplémentaires 11 Comment la matière est-elle faite?
12 Le modèle standard u d u Higgs Vous serez lourds! 12
13 Le modèle standard Diagrammes de Feynman Relativité restreinte et physique quantique Symétries Translation, rotation, e Discrètes (C, P, T) Internes 13
14 Le modèle standard Boson interaction portée intensit é acteurs charge sensible graviton? gravitationnelle infinie toutes les particules masse, énergie photon Électromagnétique infinie 10-2 sauf fermions neutrinos charge Q électrique 8 gluons forte m. 1 quarks charge de couleur 3 bosons: W + W - Z 0 faible m fermions charge faible 14
15 Le modèle standard Modèle confirmé expérimentalement avec grande précision Mais Higgs Le boson de Higgs n est pas encore découvert Il existe une instabilité intrinsèque au-delà de 1 TeV La gravitation n est pas décrite et les forces ne sont pas unifiées 15
16 Comment est l univers et comment évolue-t-il? Matière noire? A t~0 Univers très dense et très chaud Antimatière? Violation de CP SUSY Nouvelles particules? Higgs PQG Le modèle standard: Quarks et leptons + interactions (+ Higgs?)? 16 Comment la matière est-elle faite?
17 Le boson de Higgs Symétries du MS Masses nulle Solution: le boson de Higgs (champ φ) Ferromagnétisme T > Tc T < Tc Les particules acquièrent de la masse en interagissant avec le boson de Higgs 17
18 Le boson de Higgs Le boson de Higgs n est pas encore observé mais Mars 2008 M(Higgs SM) = GeV/c2 M(Higgs SM) < 160 GeV/c 2 (95% C.L.) M(Higgs) > GeV/c 2 (recherche directe) 18
19 Le boson de Higgs Future production de Higgs au LHC?! Quelques canaux de désintégration du Higgs 19
20 Le boson de Higgs Détection du boson de Higgs Prédiction pour Atlas et CMS
21 Le boson de Higgs 21
22 Le boson de Higgs Le données actuelles sont en défaveur du MS 22
23 Comment est l univers et comment évolue-t-il? Matière noire? A t~0 Univers très dense et très chaud Antimatière? Violation de CP SUSY Nouvelles particules? Higgs PQG Le modèle standard: Quarks et leptons + interactions (+ Higgs?)? 23 Comment la matière est-elle faite?
24 La super-symétrie Dans le modèle standard, le calcul de la masse du Higgs Conduit à des divergences En introduisant des particules super-symétriques (boson fermion) Ces divergences s annulent 24
25 La super-symétrie Quelques très bonnes nouvelles Nouvelle particule stable matière sombre? Unification de 3 forces? MS strength SUSY energyscale Premier pas vers la gravitation quantique 25
26 La super-symétrie p gouq % % g% p q% q quark jets ( b ) % χ 0 neutralino 1 invisible ± ± ± e, μ, τ E T E T vector 26
27 Comment est l univers et comment évolue-t-il? Matière noire? A t~0 Univers très dense et très chaud Antimatière? Violation de CP SUSY Nouvelles particules? Higgs PQG Le modèle standard: Quarks et leptons + interactions (+ Higgs?)? 27 Comment la matière est-elle faite?
28 La violation de CP Où est passé l antimatière? La matière a été favorisée au cours des réactions entre 10-43s et 10-34s. 1 particule a survécu pour 1 milliard de particules s'annihilant avec l'antimatière. 28
29 La violation de CP 29
30 La violation de CP Deux symétries en jeux Conjugaison de charge (C) Q = +1 Q = -1 Parité(P) X,Y,Z -X,-Y,-Z 30
31 1957 La violation de CP La parité est violée dans la désintégration faible du 60 Co La conjugaison de C et P (CP) est proposée 1964 Symétrie CP est brisée ( T est brisée) 2001 K 0 (sd) K 0 (sd) K 0 (sd) K 0 (sd) Babar et Belle observent CP avec des mésons B 31
32 La violation de CP La violation de CP observée ne peut expliquer qu une quantité de matière équivalente à une seule galaxie dans l univers connu Recherche de nouvelle physique avec le méson beaux Matrice CKM unitaire Summer 2006 η LHCb at L=10fb -1 β Δm d Δm s γ Δmd 0 ε K V ub V cb -0.5 α triangles d unitarité σ( ρ) / ρ = 17% σ( η) / η = 4.7% σ( ρ) / ρ = 3.5% σ( η) / η = 1.7% ρ 32
33 Comment est l univers et comment évolue-t-il? Matière noire? A t~0 Univers très dense et très chaud Antimatière? Violation de CP SUSY Nouvelles particules? Higgs PQG Le modèle standard: Quarks et leptons + interactions (+ Higgs?)? 33 Comment la matière est-elle faite?
34 Le Plasma de Quarks et de Gluons Température (MeV) ρ/ρ0 34
35 Le Plasma de Quarks et de Gluons Univers primordial qq μs après le Big Bang Température (MeV) LHC RHIC SPS Plasma de Quarks et de Gluons QCD E.V. Shuryak, Phys. Rept. 62 (1980) 71F AGS Gaz de hadrons p n Noyau Collisions d ions lourds Transition De phases Etoiles à neutrons ρ/ρ0 37
36 Le Plasma de Quarks et de Gluons Perte d énergie par radiation de gluons du parton initial Collision dure entre quark (la sonde) Pb Pb Reconstruction des jets dans un environnement de grande multiplicité => un défi pour ALICE! PQG formé par la collision Pb-Pb Comparaisons p+p->jet+jet Pb+Pb->Jet+Jet+bruit 38
37 Pour en savoir plus Expo sur le LHC du 11 au 26 octobre 2008 au palais universitaire de Strasbourg (à partir de juillet)
38 Comment est l univers et comment évolue-t-il? Matière noire? A t~0 Univers très dense et très chaud Antimatière? Violation de CP SUSY Nouvelles particules? Higgs PQG Le modèle standard: Quarks et leptons + interactions (+ Higgs?)? 40 Comment la matière est-elle faite?
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