Détermination des masses des particules supersymétriques par l’approche des ‘’end points’’

1. Mémoire présenté pour l’obtention du grade académique de Licencié en sciences physiques par Beliy Nikita Détermination des masses des particules supersymétriques par l’approche des ‘’end points’’ Académie universitaire Wallonie—Bruxelles Université de Mons—Hainaut Service de Physique Générale et de Physique des Particules Élémentaires Directeur de mémoire : Pr. Herquet Philippe Codirecteur de mémoire: Dr. Romeyer Alain

2. Plan : • Le LHC • Le CMS • La SUperSYmétrie • Détermination des masses par la masse invariante • Application de la méthode aux données simulées • Conclusion

3. Le Large Hadron Collider (LHC) • Énergie: 7+7 TeV • Protons/paquet: 1011 • Luminosité 1034 cm-2s-1 • Taux des croisements: 40 MHz • Collisions pp: ~ 109 /sec • Collaboration: • 6500 personnes • 500 universités

4. Le Compact Muon Solenoid (CMS) • Longueur: 21.6 m • Rayon: 7.5 m • Masse: 14500 t • 16 millions de cellules de détection • 2000 personnes de 150 instituts de recherche

5. La SUperSYmétrie (SUSY) 2 s-fermions (spin 0) ‘’gauche’’ ‘’droite’’ fermion (spin ½) gauche et droite SUSY boson (spin 1) s-boson (spin ½) MSSM (124 paramètres) m(s-f) >> m( f ) Brisure de SUSY Les sous théories: mSUGRA, GMSB, AMSB …

6. Minimal SUperGravity (mSUGRA) 5 paramètres arbitraires: • m0 : masse des scalaires à l’échelle de GUT • m1/2 : masse des gauginos à l’échelle de GUT • A0 : couplage trilinéaire • tg (β) : rapport des vev des champs de Higgs • Sign (μ) : paramètre de mélange des higgsinos

7. ~ χ10 g ¯ ¯ ~ ~ q q h0 h0 B.R. ~ 70% B.R. ~ 80% B.R. ~ 20% mSUGRA, point LM5 Point LM5: m0 = 230 GeV/c2 m1/2 = 360 GeV/c2 A0 = 0 Tan (β) = 10 μ> 0 ~ q1 q2 b q b b ~ ~ χ20 g b u, d, s, c t, b

8. ~ χ10 q1 q2 ¯ b ~ ~ ~ q χ20 g h0 b Masse invariante Désintégrations à deux corps Ei = f ( m1,…N) pi = f ( m1,…N) Minv 1…N = f (m1,…N) m1,…N = f-1 (Minv) 3 masses inv. : q1—q2, h0—q1, h0—q2

9. χ10 h0 χ10 h0 ~ ~ q q Masse invariante Les ‘’End points’’ ‘’End point’’ sup. ‘’End point’’ inf. ~ ~ ~ ~ q2 χ20 q2 χ20

10. χ10 ¯ ~ q h0 Détermination des masses Les ‘’end points’’ trivial ~ q1 q2 b ~ ~ χ20 g b Trop sensible aux erreurs

11. Détermination des masses Niveau parton (PYTHIA) Algorithme de l’association des jets Niveau jet reconstruit (OSCAR et ORCA) q hadronisation Pas d’erreurs (presque) Erreurs d’association Précision du détecteur Erreurs de reconstruction

12. Détermination des masses Détermination des ‘’end points’’ Choix de la fonction Niveau des partons Convolution Ajustement Niveau des jets

13. Les résultats Détermination des masses • Les ‘’end points’’ • Les masses particules SUSY

14. Conclusion • Méthode permet d’estimer les masses des particules SUSY • Les inconvénients: • Imprécision de mesure de l’énergie des jets des quarks • Impossible de distinguer le type des s-quarks. Précision maximale de la méthode 30 GeV/c2

15. Les perspectives • Optimiser l’association des jets aux quarks q1 et q2 • Optimiser la méthode de recherche des ''end points'' • Sélection des jets des quarks q1 et q2 sans information au niveau des partons • Inclure le bruit de fond dû au MS et SUSY • Tester la région autour du point LM5