Prsentation PowerPoint

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Préparation des études sur les premières données
de lexpérience Atlas reconstruction des
leptons du boson Z
Anne Cournol Stage de Master 1, sciences et
technologies, mention physique fondamentale,
université Pierre et Marie Curie Laboratoire de
Physique Nucléaire et de Hautes Énergies de
Paris CNRS IN2P3 Université Pierre et Marie
Curie-Paris 6 Université Denis Diderot-Paris 7

• Le modèle Standard de la physique des particules
• L'expérience ATLAS
• Analyse du canal Z -gt µ µ-
• Analyse du canal Z -gt e e-
• Conclusion

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Le Modèle Standard

• Le Modele Standard de la physique des
  particules
• 12 particules élémentaires de matière
• ( antiparticules)
• 4 interactions
• Questions sans réponses
• - Unification des interactions
• - Origine des masses
• Comment les particules ont une masse ?
• Pourquoi sont-elles si différentes ?

Boson de Higgs ?(pas encore découvert !)

• Au delà du Modèle Standard
• mesures précises afin de tester le Modèle
  Standard
• découverte de nouvelles particules

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Expériences recherchant le Higgs
CERN, Genève Suisse Accélerateur LEP (1989 -
2000)
CERN, Genève, Suisse Accélerateur LHC (2008 - ?)
Expériences
Fermilab, Illinois (USA) Accélerateur Tevatron
Run I II Expériences
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Le Large Hadron Collider (LHC)

• Large Hadron Collider (CERN, Geneve)
• Collisioneur proton proton contenu dans un
  tunnel de 27 km de circonférence. Il
  debutera en 2008
• Energie de 14 TeV dans le centre de masse et
  fréquence des collisions toutes les 25 ns
• Objectifs production et découverte du boson de
  Higgs, physique au delà du MS

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L'experience ATLAS

• Le detecteur
• Point d'interaction collisions p-p
• Détecteur interne
• Trace laisse par des particules chargées
• mesure de leurs moments
• Calorimètre électromagnétique
• Mesure lénergie des électrons et des photons
• Calorimètre hadronique
• Mesure lénergie des hadrons
• Spectromètre à muons
• Mesures précises sur les muons,
• essentiellement leurs moments

• ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus System)
• 1800 chercheurs et ingenieurs venant de
  30 pays différents
• 10 ans de prise de données

?
f

• Pseudorapidité h -ln (tan ?/2)
• Quantités physiques projetées sur le plan
  transverse pouvant etre mesurées - ET
• - pT

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Simulation de données
electron
electron
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Etude du canal Z???-

• Le boson Z0 a une masse tres bien connue (91.2
  GeV)
• Le canal Z?mm- a peu de bruit de fond (1) on
  peut utiliser ca canal pour obtenir un lot de
  muons pour étudier la reconstuction (alignement)
  dans le spectromètre à muons
• Etape importante pour la recherche du boson de
  Higgs

Simulation dun événement H ? ?? ee dans Atlas
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Etude du canal Z???-

• information de simulation Monte-Carlo
  impulsion transverse pT (vérité) et
  pseudorapidité h (vérité)

• - géométrie tonneau région de l'espace
  définie par h lt 2.5
• - les particules de pT gt 20 GeV sont
• majoritairement des muons

• - sélection des paires de muons
• - reconstruction masse invariante
• pic à 90 GeV
• claire séparation du bruit de fond
• Provenant de la combinaison dun muon du Z et
  dune autre particule

M(mm) (MeV)
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Etude du canal Z???-

• information de lalgorithme de reconstruction
  MuonBoys impulsion transverse pT
  (reconstruite) pseudorapidité h (reconstruite)

• - sélection par paire de muons
• - reconstruction masse invariante
• pic à 90 GeV
• Masse du Z 91.2 GeV
• efficacité de reconstruction de l'algorithme
  candidats muons reconstruits / vrais muons
  correspondant
• e 93.2 (/- 1.5)

M(mm) (MeV)
On peut sélectionner  facilement  dans le pic
du Z un lot de muons
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Etude du canal Z?ee-

• Le boson Z0 a une masse tres bien connue (91.2
  GeV)
• Le canal Z?ee- a peu de bruit de fond (1) on
  peut utilsier ca canal pour obtenir un lot
  délectrons pour étudier la reconstuction
  (énergie) dans le calorimètre électromagnétique
  ou lalignement détecteur interne vs calorimètre
• Etape importante pour la recherche du boson de
  Higgs

Simulation dun électron dans le calorimètre
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Etude du canal Z?ee-
Bloc vérité
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Etude du canal Z?ee-
Détecteur interne - fractionTR - mesurer
lefficacité didentification pic de
masse pTrec/PT
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Etude du canal Z?ee-
Calorimètre - E/p E/ET etc - mesurer
lefficacité didentification - pic de masse
- Erec/E
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Etude du canal Z?ee-
Mesure de l efficacité dans le pic - E/p
E/ET etc - mesurer lefficacité
didentification - pic de masse - Erec/E
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Conclusion

• Initiation pratique au Modèle Standard (lecture
  au début du stage)
• Découverte de quelques éléments de détecteurs (au
  laboratoire et au Cern)
• Reconstruction de leptons (muons et électrons)
• - programmation orientée objet
• - compréhension du format de données
• - comment on identifie une particule
• - utilisation de la Vérité Monte Carlo
  pour mesurer lefficacité
• - utilisation du pic du Z pour mesurer
  lefficacité avec les vraies données
• Développement dune analyse simple proche de
  celles qui seront effectuées au tout début de
  la prise de données Avant la chasse au Higgs
  il faudra prouver que le détecteur fonctionne !
• Visite au Cern durant trois jours (photos)