ATLAS : des animations pour représenter les particules

Le présent article reprend des éléments du blog Birth of a new particle, de Jon Butterworth, du University College de Londres et de la collaboration ATLAS.

Cet ensemble de graphiques animés montre de quelle façon ont pu être utilisées les données en provenance du détecteur ATLAS dans la recherche du boson de Higgs.

Pour réaliser ces graphiques, les physiciens d’ATAS prennent pour hypothèse que les collisions proton-proton au LHC peuvent produire des bosons de Higgs, lesquels se désintègrent immédiatement, produisant d'autres particules. Pour le graphique animé situé tout à droite (deuxième ligne), ils ont effectué des recherches dans les données recueillies, en ciblant les collisions proton-proton produisant des paires de photons hautement énergétiques, dont l'énergie a été mesurée à l’aide de calorimètres dans le détecteur ATLAS.

Si les deux photons ont été produits par la transformation d’une seule et même particule, il est possible de calculer la masse de cette particule à partir de l’énergie des photons et de l’angle de leurs deux trajectoires. Or, dans la plupart des cas, les paires de photons ont d’autres sources, si bien qu’on observe une répartition très diffuse des valeurs de masses calculées, correspondant au nombre de paires de photons attendu pour un nombre de collisions proton-proton donné à une énergie donnée.  Le niveau attendu pour ce « fond » diffus est représenté sur le graphique par une ligne bleue. Les points noirs correspondent aux données enregistrées. Au contraire, si l’on est en présence d’une nouvelle particule, on verra apparaître un nombre de paires de photons plus grand que prévu au-dessus du fond diffus, à une masse qui correspond à la masse de la nouvelle particule.

Si vous regardez l’animation du graphique situé tout à droite sur la deuxième ligne (voir ici), vous verrez une bosse apparaître au-dessus de la ligne représentant le fond diffus - c'est le signal d'une particule de type Higgs dans la région de masse d'environ 126 GeV. Le graphique montre combien un effet petit, mais significatif, peut ressortir de l’analyse d’un nombre croissant de données.

Voir d’autres graphiques animés de la collaboration ATLAS.