LHC: une production spectaculaire simultanée de quarks top

Publié par Adrien le 30/06/2020 à 09:00
Source: CEA
En s'appuyant sur les données recueillies au LHC entre 2016 et 2018, un groupe de la collaboration Atlas coordonné par l'Irfu a mis en évidence pour la première fois la production simultanée de quatre quarks top à partir de collisions de protons. Ce phénomène spectaculaire - qui produit un état final de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et...) inégalée - permettra bientôt de tester des modèles de "nouvelle physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...)".


Détecteur ATLAS. Illustration/CERN

Le quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants...) top est la particule la plus massive (Le mot massif peut être employé comme :) du modèle standard de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On...) et de ce fait, il se couple fortement au boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout et François Englert (et nommé...) et, éventuellement, à des particules hypothétiques prédites par des modèles avancés. La production de quatre quarks top (4t) prévue par le modèle standard apparaît donc comme une sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines,...) pertinente pour explorer la possibilité d'une nouvelle physique. De nombreux modèle prévoient en effet une section efficace (Une section efficace est une grandeur physique correspondant à la probabilité d'interaction d'une particule pour une réaction donnée de la physique nucléaire ou de la...) de production de 4t plus grande que celle du modèle standard.

Près de 4000 fois plus rare que la production d'un boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un système de particules...) de Higgs, l'état final à 4t ne se laisse pas facilement débusquer. Sa signature dans le détecteur est très diversifiée et complexe si bien que seuls ont été sélectionnés les "états finals leptoniques" (incluant des muons ou des électrons), plus faciles à distinguer du bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) que les événements ne contenant que des gerbes hadroniques composée de quarks et de gluons (jets). Les états recherchés ne représentent que 12 % des événements 4t possibles.

Pour extraire les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire,...) utiles, les chercheurs ont déterminé les bruits de fond à l'aide de simulation Monte Carlo incluant les meilleures prédictions théoriques actuelles et ils ont développé une technique d'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences, d'attitudes ou de valeurs...) automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements théoriques les...) pour séparer signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux...) et bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.). Pour les bruits de fond les plus "compliqués", ils ont aussi utilisé directement les données en plus des meilleures simulations.

À partir des collisions de protons à 13 téraélectronvolts (1012 eV) du LHC entre 2016 et 2018, ils ont mesuré une section efficace de production de 4t de 24+7-6 femtobarns (ou fb =10−43 m2), qui est à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons...) compatible avec la valeur prévue par le modèle standard (12 fb à 20 % près). La signification statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une...) (4,3 écarts standard) de ce résultat est en effet encore insuffisante pour accéder au statut d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) (5 écarts standard, soit un niveau de confiance de 99,99994 %). La prochaine campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La...) du LHC à haute luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) permettra d'accumuler assez de données (300 fb-1 au lieu de 139 fb-1 aujourd'hui, avec 1 fb-1 = 1043 m-2) pour atteindre ce niveau de précision et éprouver la validité du modèle standard.

Références

Evidence for tt¯tt¯ production in the multilepton final state in proton-proton collisions at s√=13 TeV with the ATLAS detector, ATLAS-CONF-2020
Cet article vous a plus ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.305 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique