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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 19 décembre 2006

 

Un pas de plus dans la recherche du boson de Higgs au Tevatron : D0 met en évidence la production électrofaible du quark top

 

Le 8 décembre dernier, les scientifiques de la collaboration D0, à laquelle participent le CNRS/IN2P3 et le CEA/DSM/Dapnia, ont annoncé la première mise en évidence d’un processus subatomique rare impliquant l’interaction électrofaible : la production du quark top "célibataire". Ce résultat, qui a été soumis à la revue Physical Review Letters pour publication, constitue un test important des prédictions du Modèle standard. Les méthodes utilisées dans cette analyse permettront aussi de rechercher plus efficacement une particule bien plus évasive, le boson de Higgs.

 

Depuis la découverte du quark top en 1995 par les collaborations D0 et CDF au Tevatron de Fermilab, seule la production d’un "couple" quark top - anti-top(1) par interaction forte avait été observée. Bien que le Modèle standard de la physique des particules la prédise aussi, la production d’un quark top "célibataire" par interaction électrofaible n'avait jusqu’à présent pas pu être mise en évidence, la signature de tels événements dans les détecteurs pouvant en effet être imitée par d’autres processus du Modèle standard, appelés bruit de fond et se produisant à des taux bien plus élevés. Mais c’est maintenant chose faite grâce à la collaboration D0.

Parmi les millions de milliards de collisions proton-antiproton produites au Tevatron, le collisionneur de particules en fonctionnement le plus puissant du monde, la collaboration D0 a pu extraire, grâce à la mise en oeuvre de méthodes d'analyse des plus modernes, quelques dizaines d’événements candidats pouvant contenir un quark top "célibataire". Les physiciens de D0 ont développé des outils très perfectionnés pour optimiser la sensibilité du détecteur afin de mettre en évidence ce signal très ténu. Ceux-ci concernent la reconstruction et l'identification des particules issues de la collision et de la désintégration du quark top, la prise en compte et la réduction des nombreux bruits de fond, et l’utilisation d’une analyse statistique sophistiquée combinant une cinquantaine de variables pour extraire la présence du signal. Cette analyse complexe conduit à la mise en évidence d’un signal tel que la probabilité pour qu'il soit une fluctuation du bruit de fond n'est que de 1 sur 2900.

La mise en évidence de ce processus permet aussi de mesurer d’une manière directe le paramètre qui commande le taux de production du quark top "célibataire". S'il n'existe que six quarks dans la nature, comme observé jusqu'à présent, le Modèle standard prévoit que ce paramètre doit être proche de l’unité. Un écart important par rapport à cette valeur serait le signe de l'existence de quarks supplémentaires ou d'autres particules fondamentales. Le résultat de D0 permet de déterminer avec une probabilité de 95% que la valeur de ce paramètre se situe entre 0,68 et 1, en accord avec le Modèle standard.

La campagne de prise de données qui se poursuit au Tevatron va permettre d’affiner davantage ces mesures et d’améliorer notre compréhension de la physique du quark top avant que le futur collisionneur proton-proton LHC du Cern ne prenne le relais avec une énergie sept fois plus élevée. Les laboratoires français ont été fortement impliqués dans l'analyse et le développement des outils de reconstruction et d'identification des particules pour la mise en évidence de la production électrofaible du quark top. Les recherches menées sur la physique du quark top dans l’expérience D0 ont fait l'objet de dix thèses dans les laboratoires du CNRS/IN2P3 et au Dapnia/SPP dont plusieurs sont encore en cours. Trois d’entre elles portent spécifiquement sur la recherche du quark top célibataire.

La mise en évidence de la production du quark top "célibataire" constitue également une étape importante dans la recherche du boson de Higgs, la clef de voûte du Modèle standard. Le boson de Higgs, non encore observé, serait à l’origine de la masse des particules élémentaires. Sa détection exige de pouvoir résoudre des signaux très rares en présence de bruits de fond importants. Les méthodes sophistiquées d'analyse employées ici seront directement applicables à sa recherche et pourront ainsi peut-être contribuer à sa mise en évidence prochaine au Tevatron.

 

(1) L’anti-top est le partenaire d’antimatière du quark top

 

D0 (du nom du point d’interaction sur le Tevatron, où est situé le détecteur) : collaboration internationale de 700 physiciens provenant de 90 instituts et 20 pays. La France contribue à cette collaboration par l’intermédiaire de groupes issus de 7 laboratoires du CNRS/IN2P3 (CPPM/Université de la Méditerranée/Marseille, IPHC/Université Louis Pasteur/Strasbourg et Université de Haute Alsace, IPNL/Université Claude Bernard/Lyon, LAL/Orsay, LPC/Université Blaise Pascal/Clermont-Ferrand, LPNHE/Universités Paris 6-7/Paris, LPSC/Université Joseph Fourier/Grenoble) et d’une équipe du CEA/DSM/Dapnia/SPP ainsi que par une forte contribution du grand centre de calcul français de physique des particules installé à Lyon-Villeurbanne.


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Pour en savoir plus

 

Contact chercheur

  • Éric Kajfasz, Tél : 04 91 82 76 13
  • Marc Besançon, Tél : 01 69 08 20 56
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