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S. Muanza, CPPM Marseille, CNRS-IN2P3 & AMU
L’Expérience ATLAS au LHC
25/02/2016
"ATLAS for L3 Students", S. Muanza
1
Objet de la Physique des Particules
• Sonder la matière dans l’INFINIMENT PETIT
• Etudier les propriétés des particules élémentaires
Modèle Standard
• Classifie les particules % symétries
• Fermions: « briques de matière » S  12
• Bosons:
• « médiateurs d’interactions »: S  1
• EM
• Interaction faible
• Interaction forte
• Gravitation ???
• « générateur de masse »: S  0
• Higgs
25/02/2016
"ATLAS for L3 Students", S. Muanza
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LHC: « Grand Collisionneur de Hadrons »
Anneau de 27 km de circonférence
• Collisions de protons
• Energie:
s  14 TeV
• Luminosité: L  1034 cm-2s-1
• Démarrage: 2009
• Run 1: 2010-2012
• Run 2: 2015-2018

• Accélération des p (sections droites) par E
•
25/02/2016
Maintien des p sur trajectoires circulaires par
"ATLAS for L3 Students", S. Muanza

B
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Collisions à Hautes Energies: Pourquoi ?
Indications de la Physique Classique
• Distinction onde-corpuscule
• Observer des objets:
•
•
•
Source d’ondes
Réflexion
Diffraction
• d’autant plus manifeste que λ  d
• théorème de Babinet
Mais les protons sont
des corpuscules!?
Conséquence de la Physique Quantique
• Dualité onde-corpuscule (1923)
• Onde de L. de Broglie:
h
λ
mv
L. de Broglie, PNF 1929
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Collisions à Hautes Energies: Pourquoi ?
Détecteur ATLAS
Calorimètres
• Détecteurs très denses
• Signal ~ E
• EM & HAD
Trajectographes
• Détecteurs ~ transparents
• Traces des particules chargées:
• Trajectoire
• B: courbure => impulsion, signe
• Vertex d’interaction
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Production Mechanisms
LO Feynman Diagrams
Cross Sections
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Decay Modes
LO Feynman Diagrams
bb
 58 %
cc
 3%
Branching Ratios
    6%
 22 %
 3%
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 0.3%
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Search Topologies
- 2 Examples 2 photons
4 charged leptons
Signal
Background
Irreducible:
π 0  γγ
Reducible: Z+bb, tt+jets
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Discovery at Last
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ATLAS Candidates (1)
H  γγ
Photon candidates are unconverted.
Event number: 56662314
Run: 203779 at sqrt(s) = 8 TeV
g1: pT = 62.2 GeV and h = 0.39
g2: pT = 55.5 GeV and h = 1.18
M(gg) = 126.9 GeV
25/02/2016
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ATLAS Candidates (2)
H  ZZ   m  m  m  m 
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Event Number: 71902630
Run Number: 204769
M(4m)=125.1 GeV
M12=86.3 GeV, M34=31.6 GeV
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Limitations du Modèle Standard
•
•
•
•
•
•
•
Théorie quantique de la gravitation
Matière noire
Energie noire
Masse des neutrinos
Stabilité de la masse du boson de Higgs
Unification des Interactions
Distinction « Interaction-Matière »,…
2
2
0 2 3Λ
m H = ( mH ) + 2 2
8π v
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(m2H +2m2W +m2Z − 4m2t )
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SUSY
Q S  S  1/ 2
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

Q B  F


Q F  B
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Potentiel de la SUSY
Grande Unification
{Q α , Q̄ }
α̇
= 2⋅ (σ μ )α̇α⋅ P μ
Neutralino: excellent candidat
pour la matière noire
Cadre pour une théorie quantique
de la gravitation
Stabilité de la masse du H
SM:
SUSY:
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δM2H =
∣λ f ∣2
16π
δM2H =
2
[
λS
16π
2
Λ UV
+H .O .
mf
− 2Λ2UV +6m 2f Log
( )
[
Λ UV
+H .O .
mS
Λ2UV − 2m2S Log
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( )
]
]
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Conclusion
• Collaboration ATLAS:
• 3000 physiciens
• 174 laboratoires
• 34 pays
• Groupe ATLAS @ CPPM:
• Détecteur à pixels  étiquetage des jets de quarks b
• Calorimètre EM  reconstruction/ID des électrons
• Système de déclenchement
• Analyses de données:
• Top
• Higgs
• SUSY
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