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La physique de l’infiniment grand l’infiniment petit

10 ans de physique au LHC !

30 mars 2020

En mars 2010, la quête du boson de Higgs était lancée au LHC


Il y a 10 ans, à la fin du mois de mars 2010, le collisionneur proton-proton LHC (en anglais « Large Hadron Collider ») à la frontière franco-suisse atteignait l’énergie de collision record de 7 TeV. L’Europe prenait alors le relais du Tevatron à Chicago dans la longue quête du boson de Higgs. Au laboratoire Leprince-Ringuet, le groupe CMS alors dirigé par Yves Sirois était fin prêt.


Tout d’abord investi dans la construction et les performances du calorimètre électromagnétique en cristaux de tungstate de plomb, il en avait conçu, installé puis validé le système de déclenchement pour les électrons et les photons. Il avait alors élaboré la stratégie complète de reconstruction des électrons et développé les algorithmes combinant de façon optimale l’information du trajectographe et du calorimètre pour la mesure d’énergie-impulsion et pour l’identification des particules. Puis le groupe CMS du LLR avait élaboré une chaîne complète d’analyse pour la recherche du boson de Higgs dans la voie de désintégration H en ZZ* avec 4 leptons (des paires d’électrons ou de muons) dans l’état final. Deux chaînes complètes avaient été déployées suite à un atelier de travail à Paris organisée conjointement par le LLR et l’Université de Floride à Gainsville. Celle élaborée au LLR et ses collaborateurs couvrait tous les aspects de l’analyse depuis le déclenchement et la reconstruction des électrons et des muons jusqu’à l’extraction du signal, et ceci grâce à une collaboration avec le groupe de Chiara Mariotti à l’université de Torino en Italie, de Andrei Gritsan à John Hopkins aux États-Unis, de Ivica Puljak à Split FESB en Croatie, ainsi que quelques collègues du CERN. L’autre chaîne avait été déployée par le groupe de Gainesville et leurs collaborateurs. Toutes les corrélations angulaires liées aux attributs de spin et de parité dans la chaîne de désintégration pouvaient être exploitées dans ces analyses.


Deux ans plus tard, notre analyse menait à la découverte du boson de Higgs à une masse de 125 GeV puis à la première détermination de son spin et de sa parité. Rien n’aurait été possible sans le précieux soutien de l’IN2P3 et du CNRS qui avait permis au LLR de recruter au bon moment parmi les meilleurs chercheurs, doctorants et post-doctorants. En 2013, nous avions le bonheur de fêter l’attribution du grand prix de physique des particules de la Société Européenne de Physique attribué à ATLAS et CMS, puis le prix Nobel des théoriciens François Englert et Peter Higgs. Avec le boson de Higgs, nous avions compris le rôle de la structure du vide et l’origine de la matière dans l’Univers.

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