LABORATOIRE DE L'ACCÉLÉRATEUR LINÉAIRE IN2P3-CNRS et Université PARIS-SUD Centre Scientifique d'Orsay - Bât 200 - B.P. 34 91898 ORSAY Cedex (France) Tél. : +33 1 64 46 83 00 Fax : +33 1 69 07 94 04 Web : http://www.lal.in2p3.fr Directeur du laboratoire : Guy Wormser PROPOSITION DE STAGE PRINTEMPS 2010 MASTER 2 (Stage de pré-thèse) STAGE DE THESE Groupe du laboratoire : ATLAS Responsable du stage : Marumi Kado Adresse et lieu du stage : LAL-Orsay : 01 64 46 82 76 : 01 64 46 83 97 e-mail : [email protected] Titre de la thèse : Recherche du boson de Higgs dans les collisions pp auprès du LHC avec le détecteur ATLAS dans l’état final à deux photons. Précisions sur le sujet proposé : Le modèle standard a connu un succès théorique et expérimental éclatant. Cependant il nécessite un mécanisme pour permettre aux particules d’avoir une masse. Le mécanisme de Higgs remplit cette fonction élégamment. Il est en partie corroboré du fait qu’il prédit la relation existant entre le rapport des masses des bosons de jauge et de leurs couplages. En revanche sa prédiction la plus frappante, la présence d’une particule scalaire le boson de Higgs, n’a pas été observée. Paradoxalement son existence compléterait le modèle standard et lui poserait assez de problèmes théoriques pour invoquer une théorie au-delà du modèle standard. Son importance est telle que la rechercher est un des sujets principaux du grand collisionneur à hadrons, le LHC. La masse du boson de Higgs est un paramètre essentiellement libre de la théorie, il n’est contraint que par des arguments de stabilité du vide et d’unitarité. Néanmoins une prédiction de sa masse, par son influence par effets quantiques sur les observables du modele standard, a été faite. D’apres ces mesures si le boson de Higgs existe, sa masse est vraisemblablement inférieure à environs160 GeV/c2 et sa masse la plus probable est proche de la limite actuelle de 114 GeV/c2. C’est autour de cette masse que le canal de désintégration du boson de Higgs en deux photons est le plus important. Le LHC a commencé novembre 2009 sa période de prise de données avec de toutes premières collisions pp de 900 GeV à 2.4 TeV. Le LHC devrait produire des collisions de hadrons jusqu’à 14 TeV à haute luminosité. Le programme des prochaines années (très prospectif) est le suivant : - 2010 : Environs 200 pb-1 de 7 à 10 TeV. - 2011 : Shutdown et reprise avec ~2 fb-1 de 10 à 13 TeV. - 2012 : Luminosité de 3-5 fb-1 de 10 à 13 TeV. - 2013 : Nouveau shudown et quelques fb-1 à 13 TeV. La thèse aura donc lieu durant une période privilégiée de l’existence d’une expérience. Cette période de confrontation aux premiers écueils expérimentaux et de production des premiers résultats de physique est extrêmement intéressante et formatrice. La quantité de données qui devrait être accumulée durant la thèse devrait suffire à une exclusion et probablement aux premiers signes d’observation. Le laboratoire a été un des acteurs principaux dans la conception et la production du calorimètre électromagnétique d’ATLAS. Ce détecteur a en particulier été conçu pour répondre aux besoins de la recherche du boson de Higgs en paire de photons. Ce canal revêt donc pour le groupe et la collaboration une importance particulière. Sujet de stage : Il s’agit durant le stage de se familiariser avec les outils d’analyse de l’expérience, en particulier avec ceux concernant les photons. Une première étude de variables d’identification des photons sera faite avec une comparaison entre données et simulation. On attachera une importance particulière à celles sensibles à la fragmentation des partons en 0 afin de tester une différence importante observée entre deux des principaux programmes de simulation. Sujet de thèse : Une très grande attention devra porter sur l’analyse et sa robustesse. Ce travail se déroulera dans une intense compétition avec la collaboration concurrente CMS et les analyses concurrentes au sein même d’ATLAS. Le travail comportera principalement quatre volets. Dans un premier temps une étude approfondie de l’identification des photons, avec en particulier une optimisation visant spécifiquement une réjection optimale du bruit de fond de jets et de 0 sera nécessaire. Le second comportera une étude complète de la calibration détaillée en énergie des photons. Dans le troisième l’accent sera mis sur l’estimation des fonds de ce canal, avec en particulier la mesure des sections efficaces inclusives di-photons et une étude des variables cinématiques de ces événements. Enfin dans le quatrième l’analyse des données donnera lieu à une recherche du boson de Higgs avec une étude approfondie de sa production, d’abord dans une logique d’exclusion et ensuite dans celle d’une observation. Le travail se déroulera principalement au sein du groupe ATLAS du laboratoire de l’accélérateur linéaire d’Orsay (LAL). Ce groupe comprend actuellement vingt-cinq physiciens permanents, un postdoc et dix doctorants. Il a des activités dans plusieurs domaines de physique dont le plus important est la recherche du boson de Higgs, dans la validation du calorimètre electromagnetique et dans le software de l’expérience. Le travail de thèse s’effectuera également au sein du groupe de travail sur la recherche du boson de Higgs au CERN à Genève. Ceci implique que le candidat devra effectuer de nombreuses missions au CERN. Période proposée et durée minimale du stage : Durée et période du stage de pré thèse prévue par la spécialité de M2 Nombre d’étudiants souhaités : 1