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Dzero met en évidence une production faible du quark top !

Dernière mise à jour : mardi 6 mars 2007, par Daniel Bloch

L’expérience Dzero auprès du collisionneur proton-antiproton du Fermilab (Chicago) vient de mettre en évidence la production électrofaible du quark top, le constituant élémentaire le plus lourd connu à ce jour. C’est une étape importante pour la recherche du boson de Higgs qui serait responsable de la masse de toutes les particules et dont l’intensité du couplage au quark top est remarquablement élevée. Le groupe de l’IPHC participe à Dzero depuis 2001 et a encadré cinq thèses dont trois sur l’étude du quark top.

Comme tous les autres quarks, le quark "top" est sensible à tous les types d’interaction entre particules élémentaires, mais seule sa production par interaction forte (en paires de quarks top-antitop) avait pu être observée depuis sa découverte au Fermilab, il y a maintenant onze ans. La production de quark top "isolé" par interaction faible est prédite par le modèle standard, mais n’avait pas encore pu être mise en évidence car le bruit de fond associé est bien plus élevé.

C’est maintenant chose faite grâce à l’expérience Dzero qui a pu analyser deux milliards d’interactions proton-antiproton collectées auprès du collisionneur Tevatron, le plus puissant au monde à ce jour, pour finalement sélectionner quelques dizaines d’événements candidats. Une analyse sophistiquée a été nécessaire pour optimiser la sensibilité du détecteur à cette mesure :

- reconstruction et identification des jets de particules dont les jets de quark "beau" (le partenaire du quark top pour l’interaction faible), ainsi que des électron ou muon et de l’énergie transverse du neutrino, tous issus de la désintégration faible du top ;

- prise en compte et réduction des nombreux bruits de fond instrumentaux et physiques, notamment la production forte de paires de quarks top-antitop ;

- analyse statistique à variables multiples (près de cinquante !) pour mettre en évidence le signal très ténu.
La probabilité pour que le bruit de fond fluctue à hauteur du signal observé n’est ainsi que de 0,035 pourcent.

Ce résultat conforte le succés du modèle standard.
et constitue une étape importante pour la recherche de son chaînon manquant, le boson de Higgs. En effet le signal de top d’aujourd’hui sera le bruit de fond de demain pour la recherche du Higgs et de telles techniques d’analyse pourront être réutilisées à profit. Le boson de Higgs serait responsable de la masse de tous les constituants élémentaires dans le modèle standard. Il en résulte une connexion remarquable : comme le quark top est de loin le quark le plus lourd, l’intensité de son couplage au Higgs est beaucoup plus élevée et affecte la valeur même de la masse, encore inconnue, du Higgs.
Ces études de précision vont se poursuivre au Tevatron avant qu’il ne passe le relais au futur collisionneur proton-proton LHC du Cern dont l’énergie sera sept fois plus élevée.

La collaboration Dzero regroupe près de 600 chercheurs issus de 80 instituts et de 20 pays dont la France (laboratoires CNRS/IN2P3 de Clermont-Ferrand, Grenoble, Lyon, Marseille, Orsay, Paris, Strasbourg et CEA/Dapnia de Saclay). Le groupe de l’IPHC (CNRS/IN2P3, ULP Strasbourg et UHA Mulhouse) participe à Dzero depuis 2001 et a encadré cinq thèses dont trois sur l’étude du quark top et l’identification des jets de quark beau. La thèse de Benoit Clément, soutenue en Avril 2006 et dirigée par Denis Gelé, portait déjà sur la production électrofaible du quark top, mais avec une moindre statistique collectée qui avait néanmoins permis d’établir la meilleure limite mondiale sur ce processus.

Pour en savoir plus : sites web du Fermilab,
de Dzero et de Dzero Strasbourg,

ainsi que la publication

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un candidat top isolé reconstruit dans le détecteur Dzero