DPNC - ATLAS

Le boson de Higgs

(Français/English)

Les résultats des recherches du boson de Higgs effectuées avec les données du LHC accumulées en 2011 et au printemps 2012 ont été présentés lors d'un séminaire historique au CERN et à ICHEP le 4 juillet 2012. L'expérience ATLAS a signalé un excès très net équivalent à cinq déviations standard, en accord avec l'hypothèse d'un boson de Higgs possédant une masse aux alentours de 126.5 GeV. Douze états finaux ont été analysés, excluant les masses du Higgs entre 110 et 600 GeV, avec l'exception d'un petit intervalle autour de 126.5 GeV. Dans ce petit intervalle, des excès de 4.5 et 3.4 déviations standard ont été observés dans les états finaux en deux photons et en quatre leptons. Cela représentente le coup d'envoi des mesures du boson de Higgs au LHC. En particulier, les propriétés de la nouvelle particule doivent encore être déterminées.

Résultats de la recherche du boson de Higgs, combinant les données aux énergies de collisions √s = 7 et 8 TeV prises jusqu'au 18 juin 2012, correspondant à presque 11 fb^-1. La ligne noire montre la limite observée sur la section efficace de production pour un Higgs ayant une masse m_H, normalisée à la section efficace prédite par le Modèle Standard. Le Higgs du Modèle Standard est exclu pour toutes les masses où la limite observée est en dessous de 1. La ligne pointillée montre la limite attendue en l'absence d'un boson de Higgs. Les bandes vertes et jaunes délimitent une et deux déviations standards (σ) par rapport à la limite attendue. Dans la région autour de 126 GeV, la limite observée excède de 5σ la limite attendue en l'absence de signal. Un excès similaire a été observé par l'expérience CMS dans la même région de masse.

Contributions à l'analyse

Les membres du groupe ATLAS de l'Université de Genève ont contribué à deux aspects importants des recherches du boson de Higgs dans le canal de désintégration H → ZZ(*) → ll l'l' (quatre leptons dans l'état final):

L'étude des bruits de fond provenant des processus pp → ZZ et pp → Z + jets. Pour de grandes masses, la source principale de bruit de fond est le processus pp → ZZ(*) → ll l'l'. Pour de plus petites masses, en particulier dans l'intervalle intéressant autour de 125 GeV, d'autres processus du Modèle Standard, comme pp → Z + jets, contribuent également de manière significative. Ces dernières contributions ne peuvent pas être estimées directement à partir des simulations Monte Carlo et doivent être mesurées directement avec des données. Le groupe de Genève a joué un rôle directeur dans le développement de nouvelles méthodes basées sur de multiples régions de contrôle expérimental dominées par des types de bruits de fonds donnant lieu à des événements (Z → ll) + ee.

L'étude de la performance dans la reconstruction des électrons, en particulier la mesure de l'efficacité de l'identification des électrons pour de faibles énergies transverses (ET). La désintégration d'un boson de Higgs possédant une masse autour de 125 GeV donne lieu à des leptons avec des énergies transverses relativement faibles.

A comparison of results from the diphoton and ZZ* to four leptons channels.

Distribution de la masse invariante des quatre leptons m_4l dans la recherche H → ZZ(*) → ll l'l' basée sur les données aux énergies de collisions √s = 7 et 8 TeV prises jusqu'au 18 juin 2012, correspondant à 10.6 fb^-1. Les points noirs montrent la distribution observée dans les données d'ATLAS. L'histogramme rouge montre la contribution attendue par les processus du Modèle Standard autres que la production du boson de Higgs (appelés les bruits de fond). Les distributions attendues pour la production du Higgs du Modèle Standard pour différentes hypothèses de masse du Higgs m_H sont montrées par des histogrammes superposés, en bleu (m_H = 125 GeV), orange (m_H = 150 GeV) et magenta (m_H = 190 GeV). L'excès d'événements autour de m_4l = 125 GeV contribue à la déviation observée sur la figure 1.

Ces faibles énergies ne sont pas accessibles aux méthodes de contrôle habituelles utilisant la désintégration du Z en électrons. Pour cette raison, le groupe de Genève utilise les désintégrations de la particule J/Ψ en électrons. Cette particule possède une masse plus petite que celle du Z et donc permet de mesurer l'efficacité des électrons pour de plus faibles ET, entre 7 et 20 GeV. Comme il est très difficile de connaître les détails de la composition d'un échantillon sélectionné sur la base de la particule J/Ψ, le groupe de Genève a développé de nouvelles méthodes pouvant mesurer séparément l'efficacité des électrons isolés provenant du processus pp → J/Ψ → ee et l'efficacité des électrons non isolés provenant du processus bb → J/Ψ → ee (où les désintégrations des hadrons contenant un quark b produisent typiquement des particules similaires au J/Ψ). Grâce à ces méthodes, l'incertitude sur la mesure des électrons et mieux comprise, ce qui rend les résultats finaux plus sensibles à la présence du boson de Higgs.

Études d'appui

Les analyses actuelles sont le résultat de maintes années d'efforts, durant lesquelles le groupe de Genève a joué un rôle significatif dans la construction du détecteur ATLAS ainsi que dans les développements du trigger et les études de performance. Le groupe a également conduit plusieurs analyses des processus du Modèle Standard, ce qui a contribué à comprendre les contributions aux bruits de fonds.

Modifié le : 2012/07/04