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ATLAS à la recherche d’une nouvelle physique dans le cadre des théories effectives

ATLAS à la recherche d'une nouvelle physique dans le cadre des théories effectives

L’un des principaux objectifs du programme de physique du LHC est la découverte de physique au delà du modèle standard, qui pourrait expliquer des phénomènes tels que la matière noire ou l’asymétrie matière/antimatière de l’univers.

Dans le meilleur des scénarios, cette nouvelle physique pourrait se manifester par la présence d’une résonance (un pic étroit dans une distribution d’évènements) similaire à celle qui a annoncé la découverte du boson de Higgs en 2012. Mais ces signaux, s’ils existent, pourraient se trouver à des énergies trop élevées pour être accessibles même au LHC. Tout ne serait pas perdu pour autant : de même que la pente d’un chemin peut renseigner sur le relief à venir, les données collectées au LHC pourraient donner des indications sur des signaux de physique présents à des énergies plus élevées.

Ces effets peuvent être étudiés dans le cadre des théories effectives (EFT), dans lequel les déviations entre le MS et les données sont interprétées comme les effets de nouvelles interactions "effectives" entre les particules habituelles du MS. Ces effets peuvent soit modifier la force des interactions présentes dans le MS, soit en introduire de nouvelles. Si elles étaient observées, elles mettraient en évidence la présence de nouvelle physique à haute énergie et pourraient aider à élucider sa nature. Les signaux qui leur sont associés peuvent être faibles, en particulier si l’échelle d’énergie de la nouvelle physique se situe très au-delà de celle accessible au LHC. Toutefois la sensibilité de leur détermination peut être améliorée en combinant des mesures provenant de différents secteurs du MC, tels que les propriétés des bosons W et Z, du boson de Higgs, du quark top et des saveurs.

Une nouvelle analyse rendue publique la semaine dernière par la collaboration ATLAS présente une recherche de nouvelle physique dans le cadre des EFT, basée sur des mesures des couplages du boson de Higgs. Aucun signe de physique au-delà du MS n’est observé mais des contraintes sur les couplages des interactions effectives sont établies, à des échelles d’énergie allant jusqu’à environ 3 TeV. L’analyse actuelle se focalise principalement sur des interactions auxquelles participe le boson de Higgs, mais sa portée devrait s’étendre à un domaine plus large avec l’inclusion d’autres analyses. Elle devrait à terme inclure notamment des contraintes provenant d’états finaux comportant des paires de bosons de jauge ou de leptons ainsi que d’autres mesures du boson de Higgs. Ces mesures comportent toute une forte implication du LAPP, et ces efforts bénéficieront de l’arrivée le mois dernier d’un post-doc financé par le programme ENIGMASS 2, dont le travail sera focalisé sur la thématique des EFT.

Plus de détails sont disponibles dans ce briefing, ainsi que dans les présentations de la conférence Higgs 2020 à laquelle ces résultats ont été rendus publics.

Figure 1 : Valeurs mesurées et incertitudes pour les coefficients de couplage des interactions effectives. Les paramètres correspondent chacun à une interaction ou combinaison d’interactions. Leurs valeurs sont toutes nulles dans le modèle standard, et des valeurs significativement positives ou négatives serait un signe potentiel de nouvelle physique. A titre d’exemple, le paramètre cHq3 est le couplage d’une interaction à quatre corps inexistante dans le modèle standard, entre un boson de Higgs, un boson de jauge, et une paire de quarks. Les résultats sont présentés pour une échelle d’énergie de 1 TeV, et des valeurs de l’ordre de 1 sont attendues si de nouveaux phénomènes sont présents à cette énergie et contribuent aux interactions effectives mesurées dans l’analyse.

Pour en savoir plus :