DPNC - ATLAS

Physique des particules

(Français/English)

Les premières collisions proton-proton du  Large Hadron Collider (LHC) sont prévues pour la fin 2009. On s'attend à ce que l'énergie du centre de masse du LHC soit de √s=10 TeV en 2009-2010, puis de √s=14 TeV après un arrêt. Les premières collisions d'ions lourds (Pb+Pb) sont attendues au LHC probablement en 2010 juste avant l'arrêt. Le groupe du DPNC de l'Université de Genève est impliqué dans plusieurs analyses de processus du modèle standard avec les premières données, ainsi que dans des recherches pour de la nouvelle physique, telle que la supersymétrie, en utilisant le détecteur ATLAS. Les physiciens du groupe travaillent sur les sujets suivants:

Étude de Biais Minimaux

Les propriétés des interactions élastiques proton-proton et proton-antiproton ont étés étudiées pour une large gamme d'énergie. Des analyses précédentes ont sélectionné des événements avec un biais minimal et ont illustré leur comportement à travers les distributions dNCh/dη, dNCh/dpT, échelles KNO et <pT> vs NCh. Ces distributions sont typiquement produites à partir d'une sélection d'événements qui ne sont pas simple-diffractifs, définis comme un échantillon d'événements élastiques, où le taux d'acceptation du déclencheur pour chaque événement est très bas. Les résultats précédents du CERN et du Fermilab ont été utilisés pour régler le générateur d'événements PYTHIA afin qu'il décrive correctement les mesures précédentes. En particulier, la figure associée montre la densité de particules chargées en fonction de l'énergie du centre de masse pour des événements qui ne sont pas simple-diffractifs. Il y a des différences nettes entre les multiplicités prédites par PYTHIA (ATLAS et CDF tune A) et par PHOJET aux énergies du centre de masse de √s = 10TeV et √s = 14TeV du Large Hadron Collider (LHC).

Les données collectées avec les premières collisions du LHC vont permettre de contraindre les modèles de la chromodynamique quantique (QCD) molle. Ces études sont vitales pour comprendre la QCD au régime d'énergie du LHC et pour modéliser les interactions proton-proton additionnelles qui seront abondantes aux luminosités instantannées les plus élevées.

Étude de la Production J/Ψ → ee

Accepted differential cross-section as a function the di-electron mass Déjà pendant la période initiale à basse luminosité instantanée, le LHC va produire en abondance des états de quarkonium tels que le J/Ψ and le Υ. Leur importance est triple: 

Mesure de la Section Efficace de la Production Directe de Photons

Single direct photon cross-section as a function of the photon transverse momentum La production directe de photons est définie comme la production d'un ou plusieurs photons dans le processus de diffusion dure. Les études de la production directe simple et double de photons fournissent une arène pour tester les prédictions de QCD perturbative et pour contraindre les fonctions de densité partoniques des gluons. Ces processus de photons directs représentent aussi une contribution importante pour estimer le bruit de fond d'autres processus du modèle standard (tel que H → γγ) et au-delà. Les études de faisabilité courantes estiment la précision avec laquelle ATLAS sera capable de mesurer la section efficace des photons directs et de la distinguer du processus de bruit de fond dominant, π0 → γγ. L'analyse inclut des études de l'acceptation et de l'efficacité du déclencheur, de l'identification et de la reconstruction des photons dans la région où la quantité de mouvement transverse du photon est de pT > 20 GeV; l'analyse inclut aussi l'estimation de la section efficace du signal et des bruits de fond pour la production directe de photon.

Étude de la Production de (W → e ν) + Jets

Le production directe de bosons de jauge électro-faibles en association avec des jets est un processus dur important au LHC.

Recherche pour un Stop Léger

Waiting for text from Phill

Méthode de Détermination des Bruits de Fond Basée sur les Données Pour des Recherches SUSY

En supersymétrie (SUSY) conservant la parité R, le processus de diffusion dur de deux protons ne peut produire qu'un nombre pair de particules superymétriques, qui vont ensuite se désintégrer de manière incohérente en cascades de particules de plus en plus légères, conservant la parité de R initiale négative. En conséquence, la particule SUSY la plus légère est stable est échappe à la détection. La signature caractéristique de le quantité de mouvement manquante qui en résulte mène la stratégie de recherche pour de tels événements. Dans cet environnement, les masses des particules SUSY impliquées ne peuvent être reconstruits sur une base d'événement à événement. On a donc besoin de chercher un excès statistique dans des événements avec de grandes quantités de mouvement manquants, plutôt qu'un pic de masse au-dessus d'un bruit de fond plus large. Alors que le bruit de fond sous un pic peut être déterminé de manière empirique à partir des données observées sans avoir recours aux simulations Monte Carlo, l'utilisation de simulation est requise lors de comparaisons d'abondance d'événements seulement, sans extraction de l'information sur la forme des données. Toutefois, pour des expériences opérant à la frontière haute des énergies, il n'est pas possible de dépendre uniquement sur les simulations MC. Ces derniers sont imprécis dus à différentes incertitudes, dont les distributions de densités partoniques dans les protons au énergies du LHC, les sections efficaces des processus du modèle standard ainsi que les détails de la réponse du détecteur. Il est donc nécessaire de développer des stratégies pour déterminer, de manière la plus indépendante du modèle possible, les bruits de fonds du modèle standard attendus (et, de manière simultanée, l'abondance du signal observé).

Recherche d'Electrons Excités

La structure hiérarchique observée parmi les masses des doubles SU(2) de quarks et de leptons peut être considérée comme un indice de sous-structure. L'existence d'états excités est une prédiction générale de modèles composites des fermions élémentaires. Leur découverte fournirait une preuve sans équivoque pour une sous-structure sous-jacente des leptons et des quarks. Nous cherchons des électrons excités produits un a la fois dans le processus pp→ee*→eeγ ce qui permet d'étendre la sensibilité jusqu'à des énergies proche du centre de masse du LHC. Une telle interaction mènerait à un excédent d'événements, au-dessus du modèle standard, de di-électrons à haute énergie transverse produit en association avec un photon avec de plus une résonance dans la masse de l'électron-photon.

Étude des ions lourds

Dans un très proche avenir, en plus des faisceaux de protons, des ions de Pb seront accélérés au LHC à √s = 5.5 TeV par paire de nucléons incidents (1.2 PeV si tous les nucléons participent à la collision), et fourniront une opportunité unique de créer et d'étudier le plasma de quarks et de gluons aux plus hautes températures et densités jamais crées dans un laboratoire. Les résultats obtenus dans les expériences du SPS et du LHC, en particulier la découverte d'un nouvel état de la matière avec des propriétés proches de celles d'un fluide parfait, met en évidence l'importance d'étudier les collisions noyau-noyau au LHC, où l'énergie dans le centre de masse est 30 fois plus grande qu'au RHIC, et où l'incursion dans la phase plasma dure plus longtemps. ATLAS a démontré que la plupart des détecteurs garde leurs performances malgré le bruit de fond de basse énergie qui accompagne les collisions noyau-noyau.

Les mesures globales (multiplicité des particules, énergie transverse, flux collectif, etc.) reflètent la totalité des processus intervenant durant la collision, et donnent accès aux propriétés de base de l'événement.

La mesure des jets complets jusqu'à des énergies de plusieurs centaines de GeV permet l'étude détaillée de la perte d'énergie et du phénomène du jet quenching. Le jet quenching est dû à la perte d'énergie par rayonnement de gluons du parton rapide à l'origine du jet, perte qu'on attend plus importante dans un milieu partonique dense que dans la matière nucléaire ordinaire. Ce rayonnement induit devrait se manifester par un re-arrangement de l'énergie à l'intérieur du jet, et , par conséquent, par une modification des propriétés du jet telle la suppression des hadrons produits à grand z lors de la fragmentation, en corrélation avec une augmentation des hadrons de basse impulsion dans le jet, voire même avec une structure conique avec un trou au centre, comme cela a été observé au RHIC, en contradiction avec la forme quasi-gaussienne des jets obtenus dans les collisions pp. En particulier, les photons directs en coïncidence avec des jets (événements γ-jet) sont des processus utiles pour l'étude des propriétés du plasma parce que le milieu est transparent aux photons. Donc les photons peuvent être utilisés comme mesure de l'énergie et de la direction originale du jet opposé, qui, lui, va être modifié fortement par le milieu.

La suppression des quarkonia donne accès aux mécanismes de déconfinement: l'effet d'écrantage de couleur dans un plasma de quarks et de gluons empêche les quarkonia lourds de se former quand la portée de l'interaction de couleur devient plus courte que la dimension de la résonance, permettant ainsi de tester la force de confinement de QCD. Comme chaque état lié quark-antiquark est caractérisé par une température de dissociation différente, la mesure systématique de la suppression de ces résonances devrait fournir en quelque sorte un thermomètre pour le premier palier de l'évolution du système. Ainsi, en plus des Υ, Υ', J/Ψ, Ψ' se désintégrant en paires de muons ou d'électrons, la possibilité de mesure du χc se désintégrant en J/Ψ est à l'étude. A cause de la masse du J/Ψ, un trigger basé sur un pT des muons de 1.5 GeV est nécessaire pour la mesure des J/Ψ depuis pT=0 GeV, et est étudié.

Modifié le : 2009/05/18