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Les résultats d’ATLAS aux conférences d’été

par Sophie Trincaz - 27 septembre 2016

La 38ème édition de la plus importante conférence internationale sur la physique des hautes énergies, ICHEP 2016, a eu lieu à Chicago du 3 au 10 août.

Lors de cette conférence, l’expérience ATLAS a présenté 64 nouveaux résultats, principalement basés sur les données enregistrées en 2015 et 2016 dans des collisions entre protons à une énergie de 13 TeV.
L’excellente performance de l’accélérateur LHC en 2016 a permis a ATLAS de recueillir en quelques mois quatre fois plus de données que ces qui ont été recueillie en 2015 et utilisés pour les résultats présentés en Mars 2016 lors de la conférence Moriond 2016. Cette augmentation de la statistique a permis des mesures plus précises des sections efficaces a 13 TeV des processus du modèle standard et des propriétés du boson de Higgs, ainsi que d’étendre la sensibilité des recherches de physique au-delà du modèle standard a des parties jusqu’à présent inexplorées de l’espace de paramètre de cette « nouvelle physique ».
Pour obtenir de tels résultats, les collaborateurs ATLAS ont dû travailler jusqu’à la dernière minute avant le début de ICHEP afin d’analyser des données prises seulement 2 semaines avant.
Le groupe ATLAS du LPNHE a contribué directement à plusieurs de ces résultats. Quelques résultats marquants sont décrits ci-dessous.

L’étude du boson de Higgs

Apres la découverte du boson de Higgs en 2012, le but du Run2 du LHC est de mesurer avec plus de précision ses propriétés en exploitant l’augmentation de statistique par rapport au Run1. Cet accroissement est permis par l’augmentation d’intensité de faisceau et de section efficace de production du a l’énergie plus élevé, par rapport au Run1, des protons collisionnant dans le LHC.

Pour ICHEP 2016 le groupe du LPNHE a obtenu des résultats sur la recherche des désintégrations du boson de Higgs en bbbar, l’état final prévu comme le plus probable par le modèle standard mais un de plus difficiles a reconstruire a cause de l’élevé bruit de fond produit par les interactions fortes entre les protons. Malheureusement, les données recueillies à 13 TeV ne sont pas encore suffisants pour établir ce mode de désintégration : seul un très petit excès par rapport au bruit de fond attendu a été trouvé, avec une signification observé de 0,4 écarts standards, par rapport à un signal attendu correspondant a une signification de 2 écarts standards (voir Figure 1 ci-dessous).

Figure 1. Nombre d’événements en fonction de log (S / B) pour les données, le fond et le signal de boson de Higgs avec mH = 125 GeV. Le signal S et le fond B sont respectivement les valeurs attendues dans le modèle standard et mesurées. Le panneau inferieur montre l’écart des données par rapport à la prévision de bruit de fond seulement, divisé par l’incertitude statistique. La ligne rouge fixe indique l’écart de la prédiction pour le signal et le fond par rapport à la prévision de fond seulement.

Une autre activité du groupe a été la combinaison des signaux observés dans les états finaux diphoton et quatre leptons pour mesurer les sections efficaces de production inclusives et fiducielles des différents modes de production du boson de Higgs (voir figure 2). La signification statistique combinée du signal de boson de Higgs est d’environ 10σ, et les sections de production sont en bon accord avec le modèle standard.

Figure 2. Section efficace totale de production du boson de Higgs mesurée a différentes énergies de centre de masse par rapport aux prédictions du modèle standard (bande bleue). Les triangles rouges indiquent les mesures dans le canal H→γγ, les rectangles verts indiquent les mesures dans le canal H→ ZZ * → de 4ℓ, et les points noirs montrent les combinaisons de ces deux canaux. Les bandes grises sur les mesures combinées représentent l’incertitude systématique, tandis que les lignes noires sont l’incertitude totale.

L’exploration du modèle standard

Le groupe du LPNHE a également travaillé sur plusieurs mesures importantes dans le domaine de la physique de précision des processus de modèle standard, notamment la production de QCD des jets et les propriétés des quarks top. En particulier, en utilisant les données a 13 TeV, un bon accord entre les résultats expérimentaux et les prédictions théoriques a été observé pour la section efficace de production inclusive de jets (figure 3) et la section efficace de production ttbar (figure 4).

Figure 3. Section efficace de production inclusive de jets a 13 TeV en function de pT et |y|, pour des jets anti-kT avec R=0.4. Les données sont comparées aux prédictions QCD calculées a l’ordre next-to-leading en utilisant NLOJET ++ avec l’ensemble de PDF CT14 NLO.

Figure 4. Section efficace de production inclusive des pairs ttbar a 13 TeV en fonction de la masse invariante du système ttbar. Les bandes jaunes indiquent l’incertitude totale sur les données. Le générateur Powheg + PYTHIA6 avec hdamp = mt et les PDFs CT10nlo est utilisé comme prédiction nominale.

A la recherche de nouvelle physique
Le plus grand effort du groupe a été consacrée, cependant, à l’exploitation des nouvelles données, avec leur énergie très élevé et la bonnes statistiques, pour la recherche de nouvelle physique dans une pléthore de différents états finaux :

la recherche de nouvelles résonances massives se désintégrant soit en deux photons, soit en un photon et un boson vecteur Z,
la recherche de matière noire avec des événements ou un boson de Higgs se désintégrant en deux photons est produit en association avec des particules de matière noire qui n’interagissent pas avec le détecteur
la recherche d’un excès par rapport au modèle standard dans la production non résonante de deux photons en association avec de l’énergie transverse manquante. Cet excès est prévu par des modèles supersymétriques, ou des nouvelles particules (les gravitinos) très légères et qui n’interagissent pas avec le détecteur sont produites avec les photons dans la chaine de désintégration d’autres particules supersymétriques produites dans les collisions pp.

Malheureusement tous les résultats sont compatibles avec les prédictions du modèle standard. La mise a jour de la recherche de résonances diphoton (voir figure 5) n’a pas confirmé l’excès à une masse de 750 GeV qui avait été trouvé avec une significativité globale d’environ 2 écarts standard dans les données recueillis en 2015. Ceci suggère que l’observation des données 2015 était une fluctuation statistique positive du bruit de fond, ce qui n’est pas une grande surprise vu le nombre élevé de recherches pour de nouvelles particules qui ATLAS effectue.

Figure 5. Distribution de la masse invariante diphoton des événements sélectionnés (points noirs), avec la prédiction du bruit de fond (ligne rouge). La différence entre les données et le fond attendu est représentée dans le panneau inférieur. Il n’y a aucun candidat avec mγγ> 2500 GeV.

Apres ICHEP, le LHC a continué à tourner avec une excellente performance, ce qui permettra a l’expérience ATLAS d’analyser un ensemble de données trois fois plus grand d’ici la fin de l’année 2016 : l’exploration des données de 13 TeV ne fait que commencer.

Pour en savoir plus : Page du groupe ATLAS au LPNHE

Contact au laboratoire : Giovanni Marchiori

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