L’un des d´efis de la cosmologie et de la physique des particules est de comprendre l’origine et la valeur du rapport NB− NB¯
Nγ , o`u NB, NB¯ et Nγ sont respectivement le
nombre de baryons, d’antibaryons et de photons dans l’Univers actuel. Ce rapport d´ecrit l’exc`es de matiere sur l’anti–matiere qui nous permet d’en temoigner aujourd’hui.
Les conditions g´en´erales pour cr´eer de la mati`ere hadronique ont ´et´e r´esum´ees par Sakharov [42] et sont les suivantes :
– violation du nombre baryonique B. – violation de C et de CP.
– d´ecouplage de l’´equilibre thermique.
La premi`ere condition permet de g´en´erer un exc`es de baryons et d’antibaryons, la deuxi`eme assure la pr´e´eminence de la mati`ere sur l’antimati`ere et la derni`ere assure le maintien de cette asym´etrie en la “gelant”, c’est `a dire en la faisant ´evoluer diff´eremment de l’Univers alors en pleine expansion.
Le Mod`ele Standard et son extension supersym´etrique minimale remplissent tous les deux les deux premi`eres conditions, la violation de B ´etant due aux anomalies de Bell–Jackiw [43].
La derni`ere condition peut ˆetre remplie, dans le cadre d’une baryog´en`ese `a basse ´energie, par la transition de phase ´electro–faible [44]. Cette transition doit toutefois ˆetre fortement de premier ordre pour permettre le d´ecouplage de l’´equilibre thermique, ce qui contraint fortement les sc´enarios envisag´es. Al’heure actuelle, les sc´enarios de baryog´en`ese `a la transition ´electro–faible ne peuvent plus se r´ealiser dans le cadre du MS, car la masse du boson de Higgs demand´ee (MH < 42GeV , [46]) est exclue par les
recherches directes `a LEP [44]. Les sc´enarios de baryog´en`ese ´electro–faible dans le cadre du MSSM ont l´eg`erement plus de marge de libert´e [44], mais sont mises en difficult´e par l’am´elioration des limites sur les bosons de Higgs [45].
Dans le cadre du MSSM avec B, la violation de B intervient au niveau de l’arbre
dans les d´esint´egrations des particules supersym´etriques. Ces processus de d´esint´egration peuvent remplir la condition de d´ecouplage de l’´equilibre thermique si leur taux est plus faible que le taux d’expansion de l’univers au moment o`u elles se produisent [46].
Cela semble possible avec le neutralino ˜χ01, et la r´ef´erence [47] d´ecrit un sc´enario simple de baryog´en`ese dans l’hypoth`ese de supersym´etrie avec violation du nombre baryonique. Cependant, il faut pouvoir conserver cette assym´etrie baryonique, et les transitions anormales ´evoqu´ees plus haut, qui portent ´egalement le nom de sphalerons [48], auront tendance `a ramener le syst`eme `a l’´equilibre et effacer toute production excessive de baryons due `a un autre processus violant ´egalement le nombre baryonique.
La pr´esence de sphalerons au moment de la baryog´en`ese dans le cadre du MSSM avec R–parit´e viol´ee impose de fortes contraintes sur tous les couplages [41] : λ, λ, λ< 10−7.
Ces contraintes ne sont plus valides lorsque les sphalerons sont fortement supprim´es, comme c’est le cas `a basse ´energie (T =O(100) GeV).
La baryog´en`ese est donc possible dans le cadre du MSSM avec violation du nombre baryonique `a condition que les particules supersym´etriques mises en jeu soit relative-ment l´eg`eres (afin d’´eliminer les contraintes dues aux sphalerons) et aient un taux de d´esint´egration plus faible que le taux d’expansion de l’Univers afin de conserver l’exc`es cr´ee de mati`ere baryonique.
Ces hypoth`eses sont compatibles avec la production de telles particules en collision-neur et avec l’observation de leur d´esint´egration dans le d´etecteur, ce qui constitue une motivation suppl´ementaire pour ce travail de th`ese.
I Le LEP au CERN
Fig. 1: Localisation sch´ematique du collisionneur LEP.
Le LEP (Large Electron–Positron collider) est un collisionneur d’´electrons et de posi-tons souterrain install´e `a la fronti`ere franco–suisse entre le massif du Jura et l’a´eroport de Gen`eve (figure 1).
Fig. 2: D´etails du syst`eme d’injection et des deux premiers anneaux d’acc´el´eration du LEP.
Les faisceaux d’´electrons et de positons sont issus d’un premier acc´el´erateur lin´eaire, le LIL (ou LEP Injector Linac), localis´e en haut de la figure 2. Les positons sont obtenus par conversion d’une partie du faisceau d’´electrons sur une cible fixe. Les deux faisceaux sont ensuite inject´es dans un anneau de stockage (EPAou Electron Positron Accumula-tor) `a une ´energie de 600 MeV. Une fois accumul´ee une intensit´e suffisante, les faisceaux sont inject´es dans un premier anneau d’acc´el´eration, le PS (Proton Synchrotron), o`u ils acqui`erent progressivement une ´energie de 3,5 GeV. Ace moment, ils sont transmis `a un deuxi`eme anneau d’acc´el´eration, le SPS (Super Proton Synchrotron), o`u ils sont graduel-lement acc´el´er´es jusqu’`a une ´energie de 22 GeV [49] avant d’ˆetre finalement inject´es dans le LEP.
Le LEP est `a la fois un anneau d’acc´el´eration o`u les leptons sont port´es de 22 GeV jusqu’`a l’´energie nominale de collision, et un collisionneur comportant quatre points d’in-teraction chacun occup´e par une exp´erience de physique des particules : L3, ALEPH, OPAL et DELPHI (figure1). Les anneaux d’acc´el´eration ont successivement des dimen-sions plus importantes afin de r´eduire les pertes d’´energie par rayonnement synchrotron. PS et SPS sont deux acc´el´erateurs pr´eexistants (collisionneurs proton–antiproton) qui servent ´egalement pour des exp´eriences de physique d’ions lourds et des exp´eriences sur cibles fixes.
Le dernier anneau, le LEP, a une circonf´erence de 27 km.
Les faisceaux de leptons sont maintenus en orbite par un champ magn´etique d´elivr´e par des aimants de courbure. Un ensemble de cavit´es radiofr´equences (RF) en cuivre, compl´ement´e par des cavit´es supraconductrices au niobium [50] permettent d’augmenter
l’´energie du faisceau.
En 1999, le dispositif radiofr´equence comprenait 48 cavit´es de cuivre, 16 cavit´es de niobium pur et 272 cavit´es de cuivre recouvertes d’un film de niobium, et a permis en aoˆut d’atteindre 100 GeV par faisceau [51].