Limites expérimentales

GeV, lepérimètreserestreintà :

130

GeV

<

∼ mH <

∼ 180

GeV.

Si nous rajoutons ette fois- i les ontraintes d'ajustement n, 'est-à-dire la sensibilité

de l'é helle éle trofaible à l'é helle d'énergie

Λ

, ainsi que les régions ex lues par les tests de pré ision (dis utésdanslase tionsuivante),nousobtenons nalementlagure1.7. Tantque

Λ

est inférieureà1TeV,iln'ya pasde problème d'ajustement n quelquesoitlamassede boson

de Higgs raisonnable onsidérée. Mais à mesure que

Λ

augmente, le périmètre de bosons de

Higgsoù leréglage n est plus petit que 10% ou1% devient plus étroit.

De manière plus générale, à partir de es quelques arguments théoriques, si le boson de

Higgs est léger (

mH ∼ 200<

GeV), l'é helle à laquelle la nouvelle physique doit apparaître est pro he.

Fig.1.6 Limitessupérieures(données parl'argument detrivialité,en rouge)et inférieures(données

par l'argument de stabilité du vide, en vert) sur la masse du Higgs

m_H

en fon tion de l'é helle

Λ

à laquelleunenouvellephysiqueapparaîtrait.Cesrésultatsont étéobtenus ave unemasseduquarktop

m_t

=175

±

6 GeVet une onstante de ouplage fort

α_s(m_Z)

=0.118

±

0.00 2 [38℄.

1.5.2 Limites expérimentales

Depuis sa prédi tion par la théorie, le boson de Higgs a été a tivement re her hé par la

ommunautédes physi iens expérimentateurs, sanssu èspour lemoment.Deslimitesdire tes

Fig. 1.7  Limites sur la masse du boson de Higgs en fon tion de l'é helle

Λ

à partir de laquelle le ModèleStandard n'est plus valide. Leslimites théoriquesde trivialité et de stabilitédu vide (en gris)

sontreprésentées.Lesrégionsha huréesbleuessontex luesparlesmesuresdepré isionséle tro-faibles.

Lesrégionsroses laires (resp.fon ées)représentent les zonesoù unajustementn de10% (resp.1%)

estné essaire. La région vide esten a ordave toutes les ontraintes ??.

a) Contraintes dire tes

Les limites dire tes les plus ontraignantes ont été obtenues par les quatre expérien es du

ollisionneur éle tron-positron LEP :ALEPH, DELPHI, L3et OPAL. De 1989 à 2000, durant

les deux périodes de prises de données, appelées LEP1 et LEP2, les quatre ollaborations ont

a umulé près de 2461 pb

−1

de données, ave une énergiedans le entre de masse allantde 91

à 209 GeV. Á es énergies, le pro essus de produ tion dominant est

e+e− → Z∗ → HZ

. Tous

les anaux de désintégrations du boson

Z

ont été explorés, tandis que des désintégrations du

boson de Higgs

H

en

bb

et

τ⁺τ−

ont souvent été privilégiées (voirla se tion1.5.4).

A lan de LEP1 ependant, en 1995, tout le domainede basse masse (

e+e−

,

µ+µ−

,

τ+τ−

,

γγ

, et ...) pour un boson de Higgs du Modèle Standard a été ex lu.

Finalement,la ombinaison de tous les résultats, et notammentles tout derniers de LEP2,

n'a pas révélé d'ex ès signi atif par rapport aux prédi tions des bruits de fond du Modèle

Standard. Une limiteinférieure à95% de niveau de onan e a été ainsi déterminée :

m_H > 114.4

GeV (1.39)

Lagure 1.8 montre leniveau de onan ede signalattendu en fon tion de lamassedu boson

de Higgs.Enl'absen ed'événe mentsadditionnelsparrapportauxprédi tionsde bruitsdefond

du ModèleStandard,lalimiteattendue(lignebleuesur lagure)devraitêtrede 115.3GeV.La

raisonde e désa ordest dûe àunléger ex ès danslesdonnées deALEPH, OPALetL3.Pour

lapetitehistoire,alors que leLEPest poussé dansses derniers retran hements àlan 2000 et

qu'unetendan esemblesedessinerpourunsignalautourde115GeV,uneannéesupplémentaire

de prises de données est ré lamée par les physi iens. La demande sera rejetée par la dire tion

du CERN, préférant privilégier la onstru tion du futur LHC.Alors qu'un ex ès à 2.9

σ

avait

été initialementannon é, iln'est plus que de 1.7

σ

d'après lesdernières ré-évaluations.

A e jour, au une expérien e n'a pu atteindre la sensibilité né essaire à la onrmation

potentialités du TeVatron en la matière.

Fig.1.8Niveaude onan e

CL_s

(voirlase tion6.11.1)pourl'hypothèsesignal+bruitdefondsurla produ tionduHiggsàLEP2.Lalignerougereprésente l'observationtandisquelalignepointilléenoire

montrelasensibilitéattenduedansl'hypothèsebruitdefondseulement.Lesbandesvertes(resp.jaunes)

représentent une déviation de un (resp. deux) é art(s) standard(s) par rapport à la ligne pointillée.

L'interse tionentrelalignehorizontalenoireà

CLs

=0.05ave lalignerougedénitlalimiteinférieure à 95%de niveau de onan esurla masseduHiggs [40℄.

b) Contraintes indire tes

Les mesures de pré ision éle tro-faibles peuvent fournir des ontraintes très sévères sur

la masse du boson de Higgs. En eet, les orre tions radiatives aux observables du Modèle

Standard(

mt

,

mW

,

sin2(θW)

)fontintervenir desbou les ontenantleboson de Higgseten qui modientlavaleur.Lamasse

m_H

étantleseulparamètrepourlequelnousn'avonspasdemesure

expérimentale (ou de prédi tion théorique), il est possible de déduire indire tement sa valeur

à partir d'un ajustement globaldes observables. Plus exa tement, on al uleune diéren ede

χ2

,

∆χ2

,entre lesvaleursthéoriques dépendantes de lamasse duHiggs,etlesvaleursmesurées

expérimentalement. La gure 1.9 montre la ourbe

∆χ2

en fon tion de la masse du boson de

Higgs, déterminée à partir des mesures les plus ré entes. L'ajustement in lut notamment les

mesures suivantes :



mt

= 172.5

±

1.2 GeV.



αs(m2

Z)

=0.1185

±

0.0026



∆α⁽⁵⁾_had

=0.02767

±

0.00034

La valeur de

mH

préféréepar l'ajustementest alors de :

mH = 84⁺³⁴₋₂₆

GeV (1.40)

Ce qui revient àune limitesupérieure à95% C.L. de :

mH < 154

GeV (1.41)

Enoutre,sinousnous on entronspar exemplesurles orre tionsaupropagateurduboson

W

, il est possible de montrer que les ontributions majeures proviennent essentiellement de la

masse du boson de Higgs et du quark top. Ainsi, toute détermination pré ise de la masse du

quark top et du boson

W

ontraint fortement

mH

. La gure 1.10 illustre e i. Les mesures

dire tes sur

mt

et

mW

provenant du TeVatron et de LEP2 favorisent ainsi un boson de Higgs

Fig. 1.9  Courbe de

∆χ2

de l'ajustement desmesures de pré ision éle tro-faibles en fon tion de la

massedubosondeHiggs.Lalignenoireestobtenueenprenanten omptetouteslesmesures.Labande

olorée bleuereprésente l'estimation surl'erreur théorique due aufait que tousles ordres ne sont pas

pris en ompte. L'eet de l'in lusion desdonnées à bas

Q2

ainsi que des diérentes valeursde

∆α⁽⁵⁾_s

estaussimontré. Labande jaune représente l'ex lusion dire tepar leLEP [29℄.

Fig.1.10Masseduboson

W

enfon tiondelamasseduquarktop.Les ontoursà68%deniveaude onan e pour les mesures dire tes du TeVatronet de LEP2 sont montrées en bleu, et en rouge pour

les mesures indire tes de LEP1 et SLD. Les bandes vertes représentent les zones du plan (

m_W

,

m_t

) permisesdansle adreduModèleStandardpourdiérentesvaleursdelamassedubosondeHiggs[29℄.

Dans le document Recherche du boson de Higgs dans le canal $ZH \to \nu\bar nu b\bar b$ dans l'experience D0 auprès du TeVatron (Page 38-42)