Mesurer le manque de moment transverse dans les collisions proton-proton

Cet article parle des mesures d'événements avec un momentum transverse manquant et des Jets dans des expériences utilisant le détecteur ATLAS. Ces événements se produisent lors des collisions proton-proton à une énergie élevée de 13 TeV. Le but est de comprendre à quelle fréquence ces événements se produisent et de les comparer aux prédictions théoriques.

#Contexte

Les expériences au Grand collisionneur de hadrons (LHC) cherchent à confirmer la validité du Modèle Standard de la physique des particules, surtout à des niveaux d'énergie plus élevés. Le Modèle Standard prédit comment les particules interagissent et à quelle fréquence certains événements se produisent. Si les données observées correspondent aux prédictions, cela soutient le modèle. Cependant, toute incohérence pourrait indiquer une nouvelle physique au-delà de la compréhension actuelle, surtout dans le contexte de la Matière noire (MN).

#Objectifs de l'expérience

Un des objectifs des expériences est de mesurer les événements avec un momentum transverse manquant. Ce type de momentum est crucial car il peut indiquer la présence de particules non détectées, comme celles de la MN. L'analyse se concentre sur les événements qui incluent aussi des jets, qui sont des flux de particules résultant de la collision.

#Collecte de données

Le détecteur ATLAS a collecté des données avec une luminosité intégrée de 140 fb durant la Run 2 du LHC, qui s'est déroulée de 2015 à 2018. Un total de 140 fb représente la quantité totale de données collectées durant cette période, indiquant combien de collisions proton-proton ont été analysées.

Le processus de collecte de données a commencé par la sélection d'événements pertinents basés sur certains critères assurant le bon fonctionnement du détecteur. Les expériences ont utilisé un système de déclenchement à deux niveaux pour capturer les événements intéressants à analyser. Le premier niveau de déclenchement choisit rapidement les événements en utilisant des informations de base, et le deuxième niveau réalise une analyse plus détaillée, réduisant le nombre d'événements acceptés à un niveau gérable.

#Critères de sélection des événements

Pour garantir des données de haute qualité, des sélections spécifiques ont été faites pour les événements. Cela incluait les types de jets produits, la présence ou l'absence de leptons chargés (comme les électrons et les muons), et les conditions sous lesquelles ces particules ont été produites.

#Définitions des termes clés

• Jets : Groupes de particules résultant de la collision de protons, identifiés selon leur énergie et leur direction.
• Momentum Transverse : Une mesure liée au momentum des particules dans le plan perpendiculaire à la direction des faisceaux en collision.
• Momentum Transverse Manquant : Une quantité calculée qui représente l'énergie non comptabilisée par les particules visibles dans l'événement.

#Mesure des sections efficaces

Le cœur de l'analyse réside dans le calcul des sections efficaces différentielles. Une section efficace est une manière de décrire la probabilité qu'un type spécifique d'interaction se produise. En mesurant la fréquence d'apparition de certains événements à différents niveaux d'énergie et dans différentes conditions, les chercheurs peuvent en apprendre plus sur les processus qui se produisent durant les collisions.

#Dépliement des mesures

Pour corriger les effets du détecteur, une procédure de dépliement a été appliquée. Ce processus ajuste les données mesurées pour mieux refléter la véritable distribution des événements. Il prend en compte des facteurs comme la résolution et l'efficacité, permettant de faire des comparaisons plus précises avec les prédictions théoriques.

#Prédictions théoriques

Des prédictions théoriques ont été utilisées pour établir quels devraient être les résultats attendus basés sur le Modèle Standard. Différents modèles de nouvelles physiques possibles, comme des modèles simplifiés de MN, ont aussi été pris en compte pour évaluer comment les données observées s'accordaient ou différaient de ces attentes.

#Résultats de l'analyse

Les résultats des mesures des sections efficaces ont montré un certain alignement avec les prédictions théoriques basées sur le Modèle Standard. Cependant, il y avait des différences notables dans certains domaines, particulièrement dans la distribution de la masse invariante des dijets.

#Comparaisons aux modèles de Matière Noire

L'analyse s'est étendue à la comparaison des mesures avec des modèles courants de MN. Les résultats se sont révélés comparables aux contraintes établies par des recherches dédiées sur la MN, montrant la pertinence de ces mesures dans le contexte plus large de la physique des particules.

#Discussion des incertitudes systématiques

Tout au long de l'analyse, diverses sources d'incertitude ont été identifiées. Ces incertitudes peuvent provenir de différents facteurs, y compris la calibration du détecteur, l'efficacité de l'identification des particules, et les modèles théoriques utilisés pour les comparaisons. Comprendre ces incertitudes est crucial pour garantir que les résultats soient solides et fiables.

#Implications pour les recherches futures

Les résultats de ces mesures ouvrent des voies pour des études futures. Avec une bonne sensibilité aux nouvelles physiques, elles peuvent guider de futures recherches sur de nouvelles particules ou interactions qui dévient du Modèle Standard.

Les résultats peuvent servir d'informations de référence qui aideront à interpréter les découvertes d'autres expériences et à développer de nouvelles théories concernant la nature fondamentale de la matière.

#Conclusion

En résumé, les mesures d'événements avec un momentum transverse manquant et des jets fournissent des aperçus précieux sur le fonctionnement de l'univers au niveau des particules. En comparant les données observées avec les prédictions théoriques, l'expérience ATLAS continue de contribuer à notre compréhension du Modèle Standard et de la physique potentielle au-delà.

L'effort collectif des chercheurs et la technologie avancée au LHC rendent possibles ces mesures significatives, repoussant les limites de la connaissance en physique des particules.

#Remerciements

Une dette de gratitude est due à toutes les personnes et organisations impliquées dans le bon fonctionnement du LHC et de l'expérience ATLAS. Leurs contributions ont rendu ces découvertes possibles, ouvrant la voie à de futures découvertes dans le domaine de la physique des particules.