Après la découverte du boson de Higgs en 2012, une nouvelle étape majeure vient d'être franchie dans la compréhension du mécanisme qui confère une masse aux particules élémentaires constituant la matière. L'équipe ATLAS du CPPM a joué un rôle majeur et précurseur dans ce résultat.

La collaboration ATLAS, qui exploite lun des détecteurs géants scrutant les collisions de protons produites par le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN à Genève, a annoncé [1] le lundi 4 juin 2018 à la conférence LHCP à Bologne avoir observé la production simultanée du boson de Higgs avec deux quarks top, appelée familièrement production ttH par les experts. Il s'agit d'une mesure fondamentale dans l'exploration du mécanisme de Higgs, commente Karl Jakobs, le porte-parole des quelques 3000 physiciens du monde entier formant la collaboration ATLAS. Ce résultat établit fermement que le boson de Higgs interagit directement avec les quarks, qui composent les protons et neutrons de la matière. De plus, le quark top étant la particule élémentaire la plus massive, cette mesure est une sonde précise de la nature de cette interaction.

Cette recherche est l'une des plus difficiles jamais conduites dans l'expérience précise Fabio Cerutti, qui coordonne l'ensemble des études sur le boson de Higgs dans ATLAS. De fait, ce résultat, corroboré par CMS, l'autre grande expérience du LHC, constitue une prouesse à plus d'un titre. Tout d'abord parce que le phénomène est extrêmement rare : à l'énergie actuelle du LHC, il faut faire plus de 150 milliards de collisions de protons pour produire un seul événement de ce type ! De plus, le boson de Higgs se désintégrant sous de multiples formes, une grande palette d'analyses différentes et innovantes a été mise en place pour utiliser le plus possible des événements produits, et les résultats ont été combinés par des méthodes statistiques avancées. Cette variété des désintégrations, combinée au fait que les quarks top eux-mêmes se désintègrent en de nombreuses particules, conduit à des signatures complexes dans le détecteur, comprenant simultanément un nombre élevé d'objets de nature différente qui doivent être mesurés précisément.

Le résultat annoncé aujourd'hui est le fruit d'une stratégie étagée d'analyse menée par de nombreuses équipes de la collaboration, exploitant les données collectées entre 2015 et 2017 à une énergie de 13 TeV. Dans un premier temps, c'est la désintégration du boson de Higgs en deux quarks bottom qui a été recherchée. Il s'agit en effet de la désintégration la plus probable, mais elle est très difficile à observer dans le détecteur. Avec l'accumulation de plus de données, il est devenu possible de chercher les désintégrations du boson de Higgs en notamment une paire de bosons W, mode plus rare mais produisant des leptons, moins ambigus à identifier dans le détecteur. Enfin plus récemment des modes de désintégration encore plus rares mais très clairs expérimentalement, et qui ont d'ailleurs permis la découverte du boson de Higgs lorsqu'il était produit tout seul, ont également été combinés. C'est ainsi notamment le cas de la désintégration du boson de Higgs en deux photons qui se produit une fois pour 500 désintégrations. La combinaison de l'ensemble de ces mesures [2] a conduit à l'observation de la production ttH avec une sensibilité statistique au-delà du seuil de 5 écarts standards traditionnellement requis pour une découverte. Ce seuil signifie que si la production ttH nexistait en fait pas, l'expérience avait au plus environ une chance sur 3.5 millions de l'observer malgré tout par erreur. Avec les futures données qui seront collectées, le couplage entre le boson de Higgs et le quark top sera mesuré plus précisément, ce qui pourrait donner lieu à de nouvelles découvertes.

L'équipe ATLAS du CPPM a joué un rôle majeur dans cette étude, et ce de longue date, formant une quinzaine de doctorants sur ce sujet. Dès le début des années 2000, le groupe a conduit les premières études détaillées sur la faisabilité de la recherche dans le canal avec deux quarks bottom, et a proposé le canal avec deux bosons W et introduit à cet effet les signatures leptoniques (deux leptons de même signe et trois leptons). Depuis 2015, la recherche de la production ttH est l'une des deux thématiques principales du groupe, et un physicien du groupe a coordonné cette activité dans ATLAS en 2015-2016. Pour le premier mode avec deux quarks bottom, l'équipe a mis à profit son expertise largement reconnue dans l'identification expérimentale de ces quarks, construite sur l'exploitation des informations très précises du détecteur à pixels, partiellement conçu et construit au laboratoire. Le groupe a mis en oeuvre à cette fin des méthodes d'identification basées sur des techniques d'apprentissage automatique, et a également développé des techniques similaires pour l'analyse elle-même afin de discriminer le signal du bruit de fond. De façon analogue, s'appuyant sur l'expertise locale pour l'identification des électrons, liée à la conception et construction d'une partie du calorimètre électromagnétique par le laboratoire, l'équipe a joué aussi un rôle de premier plan dans l'analyse du canal avec des leptons, notamment pour l'identification des électrons et la discrimination du signal par des techniques d'apprentissage automatique. Pour ces deux étages d'analyse, l'équipe a eu un rôle primordial dans l'ajustement statistique final. Deux membres du groupe avaient enfin la responsabilité éditoriale pour la collaboration des deux publications [3][4] afférentes à ces canaux, publiées en avril dans Physical Review D.

• [1]https://atlas.cern/updates/press-statement/atlas-observes-tth-production
• [2]https://arxiv.org/abs/1806.00425
• [3]Phys. Rev. D 97 (2018) 072016
• [4]Phys. Rev. D 97 (2018) 072003

Contact : Laurent Vacavant

Le 22 septembre 2017, IceCube a détecté un neutrino ayant une énergie de 290 TeV dont la direction d'arrivée correspond à celle dun blazar gamma connu, TXS 0506+056, observé dans un état éruptif. Un blazar est un noyau actif de galaxie hébergeant un trou noir super-massif au centre accompagné de jets de particules de haute énergie pointant vers la Terre. De vastes campagnes d'observations multi-longueurs d'ondes, couvrant tout le spectre électromagnétique, ont rapidement été déclenchées par la détection du neutrino.

De plus, IceCube a également détecté un excès d'événements de neutrinos de haute énergie par rapport aux bruits de fond atmosphériques dans la direction du blazar TXS 0506+056 entre septembre 2014 et mars 2015, ce qui constitue une évidence de 3.5 sigma (probabilité d'observation du signal de 99.98%) pour l'émission de neutrinos, avant l'épisode éruptif de ce blazar en 2017.

ANTARES a effectué une analyse similaire à la recherche de neutrinos de haute énergie provenant de cette source. Un léger excès est également observé dans les données prises entre 2007 et 2017.

Ces observations suggèrent que les blazars sont les premières sources identifiables du flux de neutrinos astrophysiques de haute énergie. Ces résultats ont été annoncés publiquement par la Collaboration IceCube lors d'une conférence de presse le 12 juillet

Références :

• https://icecube.wisc.edu/news/view/586
• https://icecube.wisc.edu/static/docs/detection-flaring-blazar.pdf
• https://icecube.wisc.edu/static/docs/ps_txs_preprint.pdf
• http://antares.in2p3.fr/News/news_antares_icalert.html
• http://antares.in2p3.fr/Publications/antares_icalert.pdf

Un nouveau chantier s'ouvre aujourd'hui, vendredi 15 juin 2018, au LHC, le grand collisionneur de hadrons. Initié en 2011, ce projet vise à mettre en service d'ici à 2026 un LHC haute luminosité (HL-LHC) qui permettra d'augmenter le nombre de collisions protons-protons et de récolter davantage de données. La France contribue de manière importante à ce projet (à hauteur de 180 millions d'euros, masse salariale incluse). Les équipes du CNRS et du CEA participent en particulier à la recherche et aux développements technologiques sur les aimants supraconducteurs ainsi qu'à la jouvence des détecteurs et de l'accélérateur. Côté français, ce sont ainsi plus de 400 scientifiques, parmi lesquels ceux du Centre de physique des particules de Marseille - CPPM (CNRS/Aix-Marseille Université), qui accompagnent le renouveau du plus grand et du plus puissant collisionneur de particules au monde.

• Lire le communiqué de presse CNRS dans son intégralité
• Lire le communiqué de presse du CERN
• Lire les activités ATLAS au CPPM

Contact scientifique ATLAS au CPPM : Laurent Vacavant

Le réseau "R & D instrumentation" dédié aux détecteurs semi-conducteurs (IN2P3-IRFU), créé en 2012 dans le but de promouvoir les échanges entre les différents laboratoires actifs dans le domaine, organise deux demi-journées, les 25 et 26 juin 2019 au CPPM (CNRS - AMU) sur le thème de détecteurs rapides et leur électronique associée . Ces journées s'adressent d'abord aux utilisateurs de différents détecteurs semi-conducteurs (instrumentalistes) désireux de découvrir et comprendre les dernières technologies associées, leurs performances et leurs limites.

--> Pour plus d'informations : https://indico.in2p3.fr/event/18911/

La caméra NectarCAM, équipée de ses 61 premiers modules de détection, a vu ses premiers évènements de cascades atmosphériques dans le ciel de Berlin Adlershof, la nuit du 22 au 23 mai 2019. Elle est arrivée sur le site du prototype MST (Medium Size Telescope) le 16 mai 2019 en provenance du CEA/IRFU à Saclay.

Après les vérifications nécessaires au sol, elle a été chargée dans le télescope avec succès par les équipes de lIN2P3, du CEA/IRFU et Desy Zeuthen. Une étroite coopération entre toutes les équipes du consortium NectarCAM, sans oublier l'équipe du télescope, ont permis de mener à bien ce premier objectif, essentiel pour le projet, avant le déploiement sur site fin 2020 aux Canaries.

Le CPPM a construit le système d'acquisition de données (« event builder ») en utilisant une approche innovante à bas coût.

Lire la suite sur : https://in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/nectarcam-voit-ses-premiers-evenements-de-cascades-atmospheriques