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É tude des é v é nements di-leptons + 4 jets dans le Run II de l’exp é rience D0 à Fermilab.

Soutenance de thèse. É tude des é v é nements di-leptons + 4 jets dans le Run II de l’exp é rience D0 à Fermilab. Interpr é tation dans le cadre de la recherche de particules supersym é triques se d é sint é grant en R-parit é viol é e (couplage ’ 122 ). Auguste Besson. Plan.

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É tude des é v é nements di-leptons + 4 jets dans le Run II de l’exp é rience D0 à Fermilab.

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  1. Soutenance de thèse Étude des événements di-leptons + 4 jets dans le Run II de l’expérience D0 à Fermilab. Interprétation dans le cadre de la recherche de particules supersymétriques se désintégrant en R-parité violée (couplage ’122) Auguste Besson

  2. Plan • Le TeVatron et D0 • Mesure de la pureté de l’argon liquide du calorimètre • Supersymétrie et phénoménologie en R-parité violée • Analyse des premières données Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  3. Le détecteur D0 et le TeVatron • Le TeVatron • Améliorations • Performances • Le détecteur D0 • Améliorations • Détecteur central • Calorimètre • Déclenchement • Pureté de l’argon liquide • Supersymétrie et phénoménologie en RPV • Premières données Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  4. Le TeVatron p CDF DØ Booster Tevatron • Début Run II : 1er Mars 2001 • Énergie • De 1.8 à 1.96 TeV • Luminosité • Nouvel injecteur : Main injector • Nombre de paquets : 6 x 6 → 36 x 36 • production antiprotons  • Recyclage des antiprotons : Recycler (Run IIb) p p source Main Injector & Recycler Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  5. Le TeVatron Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  6. Run IIa : Luminosité actuelle • Luminosité maximale atteinte • = 3 x 1031 cm-2s-1 • Facteur 3 manquant • ∫L.dt délivrée • ~ 65 pb-1(1er septembre) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  7. Le détecteur DØ • Run I • excellent calorimètre • LAr/U, hermétique, compensation • Run II upgrade • tracking • Détecteur de vertex au silicium • Détecteur de traces à fibres scintillantes • solénoide • 2 Teslas • Pied de gerbe • Détecteur muons • Électronique • Calibration Calo. - Système de déclenchement Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  8. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  9. p p 1.2 m Le détecteur central • Détecteurs de trace: • Détecteur de vertex au silicium • 6 barils de 4 couches • 12 disques centraux “F” • 4 disques avant “H” Primaires: svertex = 15-30 mm(r-f) Second.: svertex = 40 mm(r-f); 100 mm(r-z) • Détecteur de traces à fibres scintillantes • fibres scintillantes + VLPC • 8 “super couches”; |η| ≤ 1.7 • résolution position ~ 100 µm • Preshower et ICD • Solénoide: 2 T • Détecteur de pied de gerbe • résolution: 1.4 mm/e- de 10 GeV • Détecteur intercryostat • scintillateurs 1.1<||<1.4

  10. p L. Ar. gap 2.3 mm Lecalorimètre y q j • Échantillonnage : Argon liquide • Absorbeur : U/Cu,Acier. • compact et hermétique || < 4.2 (  2o) • Compensation e/  1 • Pureté argon importante < 0.15 ppm • Segmentation fine 5000 tours  x  = 0.1 x 0.1 • Résolution : e: Had.: E/E ~ 45% / √E x Z U absorbeur 3, 4 or 6 mm OH CH FH MH EM EM IH Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  11. Système de déclenchement • Luminosité instantanée : ~ x 50 • Temps de croisement :3.5 µs → 396 ns → 132 ns ? • Section efficace totale : ~ 45 mb • Système de déclenchement : 3 niveaux successifs • Niveau 1 ~ 10 kHz électronique • Niveau 2 ~ 1 kHz Préprocesseurs • Niveau 3 ~ 30 Hz Informatique • Exemple EM_HI N1 : Tour de 15 GeV N3 : candidat e.m. pT > 15 GeV ;  <1.5 Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  12. D0 et le TeVatron • Mesure de la pureté de l’argon liquide du calorimètre • La cellule test de mesure de l’argon • (A.T.C.) • Importance de la mesure • Présentation de la cellule • Cryogénie, électronique • Source  • Fonctionnement • Calibration, erreurs • Source  • Résultats des mesures • Mesure du paramètre  • Supersymétrie et phénoménologie en RPV IV. Premières données Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  13. Pourquoi mesurer la pureté de l’argon ? • Calorimètre DØ: • Partie active : Argon liquide (LAr) • Gerbe électromagnétique • Ionisation de l’argon liquide • Charge collectée • Coups ADC puis GeV • Pureté de l’Argon liquide • Toute molécule électronégative (O2 ) absorbe les e- et donc diminue le signal. (charge collecté) / (charge idéale) Pollution (ppm) E=10kV/cm, gap=2mm (ATLAS LARG-NO-53) • Nécessite une pureté ~ 0.5 ppm • Mesure précise de la pollution Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  14. Principe: 2 sources radioactives  et  • ALPHA • 5.5 MeV, T = 430 ans • BETA • 3.5 MeV, T = 1 an, • 40 kBq Gap : d = 2.15 mm • Électrodéposition des sources sur une électrode d’acier • inoxydable. • Immersion dans l’Argon liquide (à ~ 90 K). • Ionisation, dérive des charges par un champ • électrique E ajustable. • Distance (gap) entre les électrodes : d = 2.15 mm. • La charge collectée dépend de la pollution pet de E. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  15. Histoire de l’ATC • Cryostat utilisé au Run I (1992-96) • LAr stocké pendant 5 ans dans un dewar(~ 80 000 litres) • Améliorations du Run II • Nouvelle source  • Nouvelle électronique (préAmplis, Pulsers, etc.) • Programme d’acquisition en LabWindows/CVI • Ajout d’un système de pollution d’O2 pour la calibration • Vérification complète du cryostat (détection de fuite, vannes, etc.) • Calibration du système(2000) • Mesures de la pureté du dewar • Juillet 2000 et octobre 2000 (avant le remplissage des calorimètres) • Mesures des calorimètres • Décembre 2000 etdéc. 2001 Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  16. Dispositif de l’ATC Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  17. Échangeur LN2 Cables signaux sources Hautes tensions Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  18. Mesures avec la source  • Particule  : hautement ionisante, Énergie deposé sur ~ 20 m courant constant • Balayage en champ E (~20 valeurs) • Charge collectée = f (E,p) • ~ 50 000 évts / valeur • Signal normalisé : Piedestal Signal Pulser Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  19. Alpha : principes de la mesure • Charge collectée • Recombinaison avec (a,b,c = constantes) • Absorption avec la longueur d’absorption Paramètre  (trapping constant): = 0.142  0.014 cm2.kV-1.ppm Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  20. Alpha: absorption Absorption Absorption E (kV/cm) p (ppm) E (kV/cm) Absorption Expression théorique de l’absorption p (ppm)

  21. Absorption: exemple Fit de Abs(E,p) vs E (argon du dewar): • Noir : fit = 0.37 ppm • bleu : fit - 0.1 ppm • rouge: fit + 0.1ppm Absorption Absorption E (kV/cm) E (kV/cm) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  22. Alpha : estimation des erreurs • Erreurs statistiques : • Stat. et ajustement ~  0.07 ppm • Erreurs systématiques : • Haute tension ~ 2 % • Gap entre les electrodes : d = 2.15  0.05 mm • Erreurs sur les paramètres: a = 474  1.4 kV/cm b = 0.143  0.006 cm/kV c = 0.403  0.010 • Trapping constant  = 0.142  0.014 • Autres systématiques : • Électronique et non linearités des préamp. • Effets de la temperature, etc. Calibration nécessaire Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  23. Calibration (2) Absorption • Calibration • - pollution connue en O2 • Erreurs sur la pollution • - Volume d’argon liquide : • 8-10 litres  5 % • - Volume d’O2 : • 8.3  0.1 cm3 • - Pression d’O2: • 15  0.5 P.S.I. Measured / nominal E (kV/cm) Erreur sur la pollution nominale ~ 10 % Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  24.  : résultats de la calibration Nominale (ppm) Mesuré (ppm) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  25. mesure du paramètre  (trapping constant) •  relie: • la longueur d’absorption , • le champ E, • la pollution p: • principale source d’erreur pour les mesures absolues. • Valeur expérimentale: • Nos mesures: Paramètre  (Andrieux et al. NIM A 427, 568 -1999) Nominal Pollution (ppm)  = 0.142  0.014 cm2.ppm/kV moyenne  = 0.141  0.011 cm2.ppm/kV  = 0.138  0.019 cm2.ppm/kV Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  26. Source  • Caractéristiques • spectre continu • particule peu ionisante • La trace traverse le gap • 2e gap utilisé pour un déclenchement en coincidence  diminue le bruit • Pas d’expression théorique • Ajustement empirique avec a, b, c, d, gparamètres du fit. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  27. : paramètres vs pollution A et B donnés par la calibration. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  28. Sensibilité des 2 sources Erreur sur la mesure (ppm) Pollution (ppm) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  29. : exemple d’une mesure du N.E.C. Signal / Signal max N.E.C. E (kV/cm) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  30. Récapitulatif des mesures (ppm) Mesures compatibles et stables Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  31. Pureté Argon liquide: conclusion • Erreurs sur les mesures :  Mesures absolues et estimation des erreurs.  Inférieures à  0.15 ppm • Stabilité des mesures sur 1 an. • Pureté excellente pour les 3 calorimètres < 0.5 ppm  Réponse du calorimètre non déteriorée par les impuretés  Permet d’étalonner les cellules internes du calorimètre (3 x 4 sources ) • Mesure du paramètre  (trapping constant) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  32. D0 et le TeVatron • Pureté de l’argon • Supersymétrie et phénoménologie en RPV • Pourquoi la supersymétrie ? • Supergravité • R-parité • Définition, couplages , ’ et ’’ • Conséquences • Générateurs pour la Susy • Topologies • Spectres de masse et sections efficaces • Processus dominants, rapports de branchements • Simulation rapide et courbes d’exclusion • Premières données Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  33. Pourquoi la Supersymétrie ? • Larges succès du Modèle Standard • Insuffisances du S.M. • nombreux paramètres libres (3 couplages, 4 CKM, 9 masses, 2 secteur Higgs) • Nombre de famille de fermions • Hiérarchie entre les masses des fermions • Brisure symétrie électrofaible • Quid de la Gravitation ? • Corrections radiatives à la masse du Higgs : • Problèmes de hiérarchie • Convergence des constantes de couplage  S.M. = Théorie effective à basse énergie d’une théorie plus fondamentale. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  34. SUSY: une symétrie fermion-boson • Particule Standard  partenaire SUSY • mêmes nombres quantiques • spin différent de ½ • Mêmes masses … mais • Expérimentalementaucune particule SUSY détectée La SUSY est une symétrie brisée. • Modèle Standard Supersymétrique Minimal - Modèle le plus général - > 100 paramètres Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  35. Modèle mSUGRA Modèles plus restrictifs  Supergravité (mSUGRA) =Susy locale + gravitation. 5 paramètres: • m0: masse commune des sfermionsà l’échelle GUT • m1/2 : masse commune des jauginosà l’échelle GUT • tan  : rapport des valeurs moyennes dans le vide des 2 doublets de Higgs • Sign  : signe du paramètre de mélange des Higgsinos • A0 : couplage trilinéaire commun à l’échelle GUT • Équations du Groupe de Renormalisation  masses des particules SUSY. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  36. Supersymétrie : Nomenclature • Symbole  • Fermion  s-fermion / Boson  suffixe-ino • 2 doublets de Higgs nécessaires • Mélange des jauginos • Particule SUSY la plus légère (LSP) souvent Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  37. R-parité • Potentiel SUSY : • L,Q,D,E = supermultiplets (particule standard + superpartenaire) • i,j,k = 1,2,3(indices sur les familles)  9 + 27 + 9 = 45 nouveaux couplages de Yukawa • nombres Leptoniques ( and ’) ou Baryoniques (’’) non conservés •  définition R-parité : nombrequantiquediscret multiplicatif • B= Baryon nb, L=nb Lepton, S=spin • Rp= +1  particule SM • Rp= -1  particule SUSY •  R-p conservé  Wrpv nul •  RPV non exclu théoriquement avec Rp = (-1)3B+2S+L Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  38. (-1) (+1) (+1) (-1) (-1) (+1) (+1) (+1) _ q g q _ ~ ~ q q R-parité conservée/violée : conséquences • R-p conservée: • LSP stable et candidat à la matière sombre • Particules susy produites par paires • R-p non conservée: violation des nombres B ou L • Désintégration de la LSP • À l’intérieur du détecteur (avec ou sans vertex déplacé) • En dehors du détecteur (~ analyses Rp conservé) • Signature Susy différente • Peu Etmiss • Plus de leptons ( or ’)et de jets (’ or ’’) • production simple • via ’ or ’’ @ TeVatron • section efficace  (’ijk)2 Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  39. couplage ’122 • 1 scalaire et 2 fermions Désintégration LSP OU Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  40. Susygen: collisionneurs hadroniques • Nouvelle version ppbar • 1er générateur ppbar à inclure la RPV • Désintégrations directes et indirectes • Productions résonantes • Sections efficaces • Pour chaque type de processus • RGE: prog. Suspect. • Modèles:SUGRA, MSSM, GMSB • Options: Mélanges des sfermions, phases, dim.supp. • Interface avec l’environnement D0 • Tests/comparaisons Susygen/Isajet • RGE et spectres de masses • Sections efficaces • Rapports de branchements • Utilisation en simulation rapide Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  41. Spectres de massedes jauginos Susygen (rouge) Isajet (bleu) m0 = 300 GeV tan  = 5  < 0 A0 = 0 Chargino 2 et Neutralino 3 : Désaccord de ~20% Pour m1/2 >400 GeV

  42. Section efficace de production de paires en fonction de m1/2 • SUGRA A0 = 0 m0 = 100 tan  = 5  < 0 ±0 Sections efficaces (pb) ±± squarks Production de paires Charginos/Neutralinos dominante 00 m1/2

  43. Section efficace de production de paires en fonction de m1/2 • mSUGRA tan  = 5;  < 0 tan  = 15;  < 0 A0 = 0 m0 = 300 tan  = 5, 15  < 0 ou > 0 Sections efficaces (pb) tan  = 5;  > 0 tan  = 15;  > 0 Paires dominantes Charginos/Neutralinos dans une large zone de l’espace des paramètres m1/2

  44. squarks Masse et section efficace tan  = 5  < 0 A0 = 0 • Section efficace paires de squarks et/ou gluinos Dépend uniquement de leur masse. Section efficace Squark-squark + Squark-antisquark Squarks dominants

  45. Contraintes LEP • Limites LEP en RPV ’122 • Chargino 1 : m > 103 GeV • Sélectron R : m > 93 GeV • Neutralino 1 : m0 >~ 40 GeV tan  = 5 ;  < 0 ; A0 = 0 m1/2 (GeV) m0 (GeV) RPC: Higgs h mh > 91 GeV (mh-max scenario)

  46. Production de paires + RPV: canal di-electron • Modèle mSUGRA(m0 ; m1/2 ; A0 ; sign  ; tan ); • LSP • Particules susy produites par paires Tous les types de paires produits Cascades de désintégrations: 2 LSP • Couplage dominant ’122 • Désintégration de la LSP dans le détecteur •  ’1jk >~ 10-3 LSP  1 e + 2 jets • LSP particule de Majorana • 2 électrons même signe (L.S.) possible État final : 2 L.S. électrons + 4 jets  Bruit de fond standard très bas Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  47. 122’ : Désintégrations directes et indirectes • Exemple: désintégration directe du Neutralino 2 en RPV Désintégrations RPV des sparticules autres que la LSP négligeables Limite de 122’ Limite de 122’ Rapport de branchement RPV Rapport de branchement RPV Br <3% >0 <0 couplage couplage Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  48. 122’ : valeur minimale • Couplage ’ faible  distance de vol de la LSP non négligeable Valeur minimale accessible du couplage 122’ pour une distance de vol de 1 cm • Limite sur le couplage’122 • Jusqu’à m0 < 500 GeV : vol < 1 cm. • Large région accessible jusqu’à • Production simple: tan  = 5  < 0 A0 = 0 ’122 < 0.04 ’122 >~ 5.10-3 ’122 >~ 5.10-4 Lignes de niveau de 122’ pour une distance de vol de 1 cm ’122 >~ 10-2

  49. Rapport de branchement LSP→e±+2jets • Désintégration LSP e±ou + 2 jets >0 Rapport de branchement e± + 2 jets <0 0 “bino-like” pour  < 0 0 “wino-like” pour  > 0  < 0 → Br(ejj) ~ 50%  > 0 → Br(ejj) ~ 10% Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  50. En résumé… • Production de ±0 dominante • m1/2 paramètre le plus significatif • Production de squarks favorisée à petit m0 (< 100 GeV), petit tan  (<5) et  < 0 • Production de sleptons négligeable Sauf à grand m1/2 et petit m0 • Section efficace totale supérieure pour • >0 par rapport à  <0 • Cas >0 très défavorable: Br(LSPjj) dominant • Désintégrations directes en RPV négligeables • Couplage ’122 : sensibilité jusqu’à ~10-4 Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

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