Bien quelamassedu bosonde Higgs soit unparamètre libredumodèle standard,les ontraintes dire tes etindire tes sur ette masse laissent sup- poser que, dans le adre de e modèle, la re her he du Higgs doit se faire de façon préférentielle dansla zonede masse variant de 100 à
200 GeV/c
2
. Dans ettezone,les anauxd'observationprivilégiésàprendreen ompteau LHCsontles voiesdedésintégrationH → γγ
,H → W W
(∗)
→ 2 leptons 2ν
8et le anal
H → ZZ
(∗)
→ 4 leptons
. L'étude réalisée au ours de e tra- vail permettra d'évaluer le potentiel de dé ouverte du Higgs dans le anal
H → ZZ∗
→ 2e+2e−
grâ e au déte teur CMS lors du fon tionnement du LHC.
La situation expérimentale
2.1 Introdu tion
Au ours du développement de la physique subatomique, la théorie a souvent pré édé l'expérien e. Ainsi, leboson de Higgs n'est paslapremière parti ule dont l'existen eait été préditepar les théories su essivesqui ont donnénaissan e aumodèlestandard.Dès1928,PaulDira annonçait l'exis- ten e possible d'éle trons positifs, qui furent ee tivement dé ouverts par CarlAnderson, danslerayonnement osmique, en 1933.Cette même année 1933,lathéoriedel'intera tion faible,élaboréeparEnri oFermi, on rmait la prédi tion d'une parti ule neutre de très faible masse, avan ée dès 1930 par Wolfgang Pauli. C'était le neutrino, qui ne fut observé qu'en 1956. En 1934,lathéoriedel'intera tionforte,élaboréeparleJaponaisIdekiYukawa, prévoyait l'existen e des mésons, qui furent mis en éviden e en 1947, aux Etats-Unis. Puis, en 1964, l'hypothèse des quarks de Murray Gell-Mann et George Zweig amena laprévision d'une parti ule nouvelle, appelée
Ω
−
, qui futidenti ée deuxansplustard!En n, plusprèsdenous,ledéveloppement de lathéorie éle trofaible onduisit à prévoir su essivement l'existen edes ourants neutres leptoniques, elles des bosonsW
etZ
,et nalement elle du boson de Higgs. Toutes esprédi tions onstituèrent autant de moteurs pour la re her he expérimentale, et onduisirent souvent à la onstru tion d'équipementsspé i ques. Compte tenu desénergies mises en jeu,il s'agis- sait presque toujours de grands instruments, prin ipalement des a éléra- teurs, ma hines apables d'amener des parti ules à des vitesses pro hes de elle de la lumière, et desdéte teurs, dispositifs permettant d' observer les ollisionsengendrées par esproje tiles.La re her he des ourants neutres leptoniques a été la motivation pro- fonde de la onstru tion, en Fran e, de la grande hambre à bulles Garga- melle, destinéeà êtrepla ée surlesfais eaux deneutrinos duCERN, etqui permit ee tivement de les dé ouvrir en1973 [Hasertetal.,1973 ℄.En four- nissant les premiers indi es de la validité de la théorie éle trofaible, ette
dé ouverte donna le feu vert à la deuxième étape, la re her he des bosons intermédiaires
W
etZ
.Les physi iens du CERN imaginèrent une solution mettant enjeudes ollisions proton-antiproton quipermettaient d'atteindre plusrapidement des énergies équivalentes. Il fallait ependant réaliser pour ela une véritable prouesse te hnique : maintenir des fais eaux d'antipro- tonsdansunanneau,etave desintensités assezélevéespourprovoquerdes ollisions en nombre su sant ave un fais eau de protons. Grâ e au génie expérimental de Simon Van der Meer, et exploit fut réalisé au début des années1980, equipermitdedé ouvrirlesbosonsW
etZ
0
en1983,etvalut à e physi ien de re evoir, onjointement ave Carlo Rubbia, leprix Nobel dephysique en1984.
Le LEP entra en fon tionnement en 1989 et produisit es bosons en grand nombre. Leurs propriétés purent ainsi être étudiées ave pré ision, equi donnaa ès àplusieurs grandeursfondamentalesentrant danslemo- dèle standard. Ces su ès ombinés de l'expérimentation et de la théorie donnèrent su samment on an e à la valeur prédi tive de ette dernière pour que le CERN obtienne les autorisations et les rédits né essaires à la onstru tionde equiserabient tleplusgrand ollisionneur jamaisréalisé, leLargeHadronColliderouLHC,dontl'obje tifmajeurestdedé ouvrir lebosondeHiggs.Deuxexpérien es,mettantenjeudeuxgrandsdéte teurs, ATLAS etCMSseront onsa réesà ette re her he.
Dans le monde, un grand nombre de laboratoires est engagé dansd'a - tives re her hes en physique des parti ules. Cependant, eux quisont dotés dema hines de très hauteénergie sont beau oup plusrares.Leurimplanta- tionestvisualiséesur la gure2.1. Cesont :
auxEtats-Unis, SLAC, prèsde San Fran is o, auxEtats-Unis en ore,BNL, prèsde New-York, auxEtats-Unis toujours,leFermilab,prèsde Chi ago, en Allemagne, DESY,à Hambourg,
en Suisse, leCERN, prèsde Genève. au Japon,KEK,à Tsukuba.
Dans equisuit,nousferonsd'abordlepointsurlesgrands ollisionneurs existant ouayant existédanslemonde.Nousrappellerons aupassagequelle estouquellefutla ontributionde ha unàlare her he dubosondeHiggs. Nousdé rirons ensuite brièvement leLHC, etCMS. En n, nousdonnerons les prin ipales ara téristiques d'ATLAS, l'autre grand déte teur qui sera onsa ré, omme CMS,à lare her he du Higgsau LHC.