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Le Boson de Higgs montre-t-il le bout de son nez ?

par Sophie Trincaz - 15 décembre 2011

13 décembre 2011.

Lors d’un séminaire exceptionnel donné mardi 13 décembre au CERN, les collaborations ATLAS et CMS ont rendu publics les premiers résultats concernant la recherche du boson de Higgs (particule prédite pour expliquer la masse non nulle des autres particules) et utilisant la totalité des événements produits en 2011 dans le LHC. ATLAS a montré les résultats de cette recherche dans les canaux Higgs en 2 photons (4.9 fb-1) et Higgs en 4 leptons (4.8 fb-1) combinés avec les résultats obtenus avec une luminosité analysée un peu moindre dans les autres canaux de désintégration étudiés (de 1.1 fb-1 à 2.1 fb-1 suivant les canaux). CMS a montré une collection de 9 canaux tous analysés jusqu’à 4.6 fb-1. La grande luminosité intégrée fournie par le LHC cette année (près de 5 fb-1 fournis à chaque expérience) a permis aux collaborations d’exclure l’existence d’un boson de Higgs standard sur un très large domaine de l’intervalle de masse où il pourrait exister (une fenêtre comprise entre 114,5 GeV/c2, limite expérimentale du LEP, et environ 700 GeV/c2 limite au delà de laquelle la théorie perd sa cohérence). ATLAS seule exclue (à 95% de niveau de confiance) maintenant les zones de masse 112.5-115.5 GeV/c2 et 131 2, à l’exception de la fenêtre 237-251 GeV/c2. CMS exclue totalement la zone 127-525 GeV/c2 à 95% de niveau de confiance.Il ne reste donc plus qu’une fenêtre extrêmement réduite pour qu’un Higgs standard léger (favorisé par la cohérence des données électrofaibles) puisse exister. Cependant, l’autre information donnée par ATLAS et CMS concerne justement la mise en évidence un excès d’événements autour d’une masse d’un potentiel boson de Higgs d’environ 125 GeV/c2 (126 GeV/c2 pour ATLAS et 124 GeV/c2 pour CMS).

Pour ATLAS, la significativité statistique totale de cet excès est de 3.6 σ localement réduite à 2.4 σ en prenant en compte la dilution statistique occasionnée par la recherche d’un excès pouvant être partout dans le spectre de masse étudié. Cela représente une probabilité de l’ordre de 1% de voir une telle fluctuation en l’absence de nouvelle physique. Pour CMS, cet excès a une significativité statistique locale de 2.6 σ qui se réduit à 1.9 σ avec l’effet de dilution.

En physique des particules, on considère usuellement que l’on est en mesure d’annoncer une découverte quand l’excès dépasse les 5 σ… La combinaison de l’ensemble des analyses de CMS et ATLAS et, un peu plus tard, l’arrivée de nouvelles données du LHC en mars 2012 sont donc attendues avec impatience.

Les équipes du LPNHE impliquées dans ATLAS ont contribué fortement à l’établissement de ces résultats, notamment dans l’étude du canal le plus sensible où le boson de Higgs se désintégrerait en 2 photons.

Contact : Bertrand Laforge

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