La Physique des Collisionneurs à Hadron

L’Expérience CDF et La Physique des
Collisionneurs à Hadron
Uni. Genève participe à 2 expériences sur les collisionneurs à hadron
CDF sur Tevatron au Fermilab, USA
2 km
ATLAS sur LHC au CERN
8.4 km
1
Qu’est-ce qu’un collisionneur à hadron?

Hadron (Gr hadros, fort): particule sensible à l’interaction forte
–
Un hadron est composé des quarks
(particules élémentaires de la matière)
neutron n = udd
proton p = uud
–
Les quarks sont liés par les gluons dans un hadron
proton: le plus simple
des hadrons stables
collisionneur à hadron = collisionneur à quark et gluon
2
Qu’est-ce que l’on cherche sur un collisionneur
à hadron?

On cherche à comprendre la structure la plus fine de la matière



Les composants élémentaires
– De quoi le monde est-il fait ?
Les interactions entre elles
– Qu'est-ce qui le maintient uni ?
– D’où il vient et où il va ?
La loi des particules
élémentaires
Un collisionneur est notre sonde vers le monde des particules
– Les collisionneurs à lepton(?) et à hadron sont complémentaires
 à lepton (LEP)
: plus précis
 à hadron (Tevatron, LHC): plus puissant et plus polyvalent
– On peut y étudier directement l’interaction forte, faible,
électromagnétique, et au delà …
Confronter la théorie avec des observations
Donner une direction pour une nouvelle théorie !
3
La Physique des Collisionneurs à Hadron

La physique des collisionneurs à hadron englobe presque tous les
aspects intéressants de la physique des particules
–  250 publications scientifiques par CDF à ce jour (~15 ans)
4
Les détecteurs sur les collisionneurs


Les détecteurs sont généralement cylindriques
Les détecteurs sont en couches
– Il faut distinguer les
différentes particules émises
5
A chacun son Sherlock Holmes …

L'interaction de différentes particules avec les divers sousensembles d'un détecteur:
6
Dure dure la vie des expérimentateurs

Les expériences sur les collisionneurs à hadron sont très difficiles
–
Complexité: les collisions des quarks et gluons produisent des
centaines à des milliers de particules de toutes sortes
 Détecteurs précises
–
Rapidité: les événements intéressants sont rares, donc il faut
faire beaucoup de collisions, et rapidement (des MHz)
 Détecteurs et électroniques rapides
Hostilité: l’environnement est ‘sale’
 Détecteurs résistants aux fortes doses de radiations
Les expériences sont donc: grandes, complexes, chères
– Ce sont les véritables installations
 décennie de construction et décennie d’opération
– solutions: collaborations internationales
 CDF:  500 physiciens venant de 12 pays
– ATLAS: 1600 physiciens venant de 34 pays
–

7
ATLAS
25m
~ 7000tons
46m
11m
CDF
~ 100tons
16m
8
Dernière ligne droite avant passer le témoin …


Le Tevatron au Fermilab (près de Chicago)
– l’accélérateur le plus puissant du monde actuellement (10xLEP)
 ECM = 2 TeV, fréquence de croisement 2.5 MHz
– 14 TeV et 25 MHz pour LHC
Importantes améliorations terminées en 2001
– Contribution de Genève : Séquenceur pour
SVT de CDF (déclencheur pour des traces
avec un vertex déplacé)
 fonctionne comme une merveille
Merci à Annie et aux
groupe électronique !
9
SVT est unique au monde …

Beaucoup d’analyse possible grâce au SVT
–
–
Les désintégrations rares des mesons B0 (bd)
 Études sur les propriétés de l’interaction faible et la
recherche de nouvelle physique
– Bonne chance à Dr. Andras Zsenei au CERN
Les masses et largeurs des D** (cu)
M(D1)=2021.70.9 MeV
M(D2)=2463.31.0 MeV
 mesures les plus précises actuellement
 important pour tester les modèles
– Publication en préparation
(Mario Campanelli)
10
Analyse avec SVT (cont.)
–
La différence du temps de vie des
états CP du meson Bs0 (bs)
 possible uniquement à CDF
 première mesure significative
avec 500 pb1 (été 2005)
– bon courage à Mauro
–
–
La production de b-bbar (Sofia)
La production de photon+b (Mario)
 propriétés de l’interaction forte
 recherche de nouvelle physique
11
Et encore …
–
La production de 2 photons
 propriétés de l’interaction forte
 important pour la recherche du
Higgs
– publication prête à envoyer
– bonne chance à Dr. Yanwen
Liu à l’Uni. de Louvain
–
La production des quarks b
 mesure inclusive avec des
gerbes jusqu’à haute énergie
 première mesure à CDF
– bon courage à Monica
12
Conclusions



L’année 2004 a été très productive pour notre groupe
– Beaucoup de bons résultas physiques
 Notre investissement sur SVT nous rapporte gros !
L’année 2005 sera encore meilleure
– Compter sur un dédoublement des données, jusqu’à 1 fb1
Il reste 3-4 ans à CDF et D0
pour faire des découvertes
– L’expérience sur CDF nous
donne un avantage important
pour démarrer les analyses
sur ATLAS
Merci à Catherine pour le soutien administratif !
13