Physique quantique

Le parcours Z
Masterclass au LPSC
2015
[email protected] [email protected]
Plan
●
●
Expériences en Physique des Particules
–
Principes
–
identifier les particules
Utilisation du logiciel d’analyse
–
HYPATHIA
Rappel de la matinée
●
●
La physique des particules
–
Les quarks (up, down,...)
–
Les leptons (electron,...)
–
Les bosons de jauge
–
Le boson de Higgs
Particules
élémentaires
Interactions
fondementales
Les détecteurs et accelérateurs
“Modèle
Standard”
(MS)
La Physique Quantique
●
Le Modèle Standard est une théorie Quantique
–
●
Issue de la Mécanique Quantique qui décrit les phénomènes
microscopiques
Les prédictions quantiques sont
intrinsèquement aléatoires !
–
Contrairement à la physique classique/macroscopique
Physique classique
Physique quantique
billard
collision proton-proton
T=0
V1
V2
Prédiction classique :
Une configuration unique,
valeurs uniques V3, V4, x...
T=x
V4
V3
Proton
Proton
Prédiction quantique :
???
déviation protons
création quark tops
création boson W
création boson H
... etc ...
:
:
:
:
X1 %
X2 %
X3 %
X4 %
de
de
de
de
chances
chances
chances
chances
La Physique Quantique
●
Le Modèle Standard est une théorie Quantique
–
●
Issue de la “Mécanique Quantique” : décrit les phénomènes
microscopiques
Les prédictions quantiques sont intrinsèquement
aléatoires !
–
●
Contrairement à la physique classique/macroscopique
Le MS ne prédit que des probabilités d’occurences
–
On mesure des nombres moyens d’occurences pour vérifier le MS
Principe d’une Analyse
1) On choisit quel processus on cherche !
ex : Boson de Higgs en 4 leptons
Principe d’une Analyse
1) On choisit quel processus on cherche !
ex : Boson de Higgs en 4 leptons
2) La théorie prédit un nombre
d’événements : NH4l
Dépend de
● Nombre total de collisions N
coll
● Intensité/Energie du faisceau
● efficacité des détecteurs
● ...
Principe d’une Analyse
1) On choisit quel processus on cherche !
ex : Boson de Higgs en 4 leptons
2) La théorie prédit un nombre
d’événements : NH4l
Dépend de
● Nombre total de collisions N
coll
● Intensité/Energie du faisceau
● efficacité des détecteurs
● ...
3) Experience !
●
●
●
On produit Ncoll collisions
On compte tous les événements 4 leptons
On compare à NH4l
Principe d’une Analyse
1) On choisit quel processus on cherche !
ex : Boson de Higgs en 4 leptons
2) La théorie prédit un nombre
d’événements : NH4l
Dépend de
● Nombre total de collisions N
coll
● Intensité/Energie du faisceau
● efficacité des détecteurs
● ...
3) Experience !
●
●
●
On produit Ncoll collisions
On compte tous les événements 4 leptons
On compare à NH4l
Ce que l’on va faire durant
le TD !
Objectifs du TD
●
Observation du boson Z
–
●
Z
Z
On va rechercher processus de
désintegration en leptons

e  e
Obervation du boson de Higgs
–
Désintegration en 4 leptons
–
Désintégration en 2 photons
H
H
H
H
ZZ
ZZ
ZZ
2
ee
eeee

Objectifs du TD
• Reconnaitre les particules détecter par ATLAS
muons , électrons e, photons , jets hadroniques
(mesure de charge, masse, energie)
• Identifier les évènements
Les classer
● 2 leptons (Z)
● 4 leptons (Higgs)
● 2 photons (Higgs)
et les compter !
Objectifs du TD
• Reconnaitre les particules détecter par ATLAS
muons , électrons e, photons , jets hadroniques
(mesure de charge, masse, energie)
• Identifier les évènements
Les classer
● 2 leptons (Z)
● 4 leptons (Higgs)
● 2 photons (Higgs)
et les compter !
Calcul de la “masse invariante”
de l’évènement :
<==>
la masse de la combinaison des
leptons ou des photons
<==>
la masse de la particule mère
(si elle existe)
Une collision
Proton
Proton
Une collision
Une collision
Une collision
ATLAS (lien)
Quel detecteur pour quelle particule ?
Calorimetre
hadronique
Chambres à muons
Détecteur interne
Calorimetre
électromagnétique
pixel
trajectographe
18
r
u
e
t
ec
a
t
C
e
D
e
n
r
e
int
.
g
a
m
o
r
t
c
e
l
é
lo .
L’electron
e
19
r
u
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C
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se
e
n
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c
e
a
iTnrt
.
g
a
m
o
r
t
c
e
l
é
lo .
Le positron
+
e
20/26
r
u
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t
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C
e
D
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n
r
e
int
.
g
a
m
o
r
t
c
e
l
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lo .
Le muon


Calo
.
Chambres à muons
had
ron
ique
21/26
Ca
.
g
a
m
o
r
t
c
e
l
é
lo .
Le photon

r
u
e
t
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t
C
e
D
e
n
r
e
int
.
g
a
m
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l
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lo .
Calo
.
les hadrons
Jets
had
ron
ique
Energie manquante
Le neutrino

Calo
.
Le neutron
n
had
ron
ique
HYPATIA POUR “VOIR”
LES PARTICULES