Recherches directes



Le Higgs Standard

Avant LEP, de nombreuses experiences ont recherche le Higgs dans des domaines tres varies [22] [41]:

 pour les Higgs de tres basse masse: etudes de transitions nucleaires, examen des transitions X dans les atomes -mesiques.

 une experience a cherche un rayonnement de freinage des electrons par emission de Higgs [42]. D'autres ont etudies les desintegrations rares des hadrons legers, les pions (SINDRUM), les kaons (NA31, E731) et les desintegrations du  (CUSB), du J= (CRYSTAL BALL), du B (MARK II, TASSO, ARGUS et CLEO) ...

A la suite de ces experiences, une masse pour le Higgs de moins de5 GeV=c2 semble tres improbable. Neanmoins, les incertitudes sont assez grandes, car dans ces recherches a

basses energie, des processus proches du domaine de la QCD non perturbative intervien-nent. Une recherche systematique a partir d'une masse nulle a ete realisee sur LEP.

Le processus dominant la production du Higgs a LEP I est le \mecanisme de Bjorken" qui fait intervenir le couplage trilineaire ZZ?H (le couplage direct auxe+e? est bien plus faible du fait de la masse des electrons). Le diagramme de Feynman correspondant a ce processus est represente sur la gure 1.7.a.

mH (GeV=c2) 0!50 50!65 65!80 nombre de Higgs attendus 5 105!103 103 !102 102 !3

Tableau 1.2: Nombre de Higgs standards attendus a LEP I a la n de 1995 en fonction de mH.

Le processus Z

! H presente sur la gure 1.7.b a egalement ete etudie. Dans ce cas le Higgs est emis avec un photon monochromatique. Parmi ces deux reactions, le mecanisme de Bjorken est largement dominant. Avec la statistique accumulee a LEP n 1995, correspondant a 16 millions de Z, le nombre de Higgs attendus est presente dans la table 1.2 (extrapolation de la reference [43]).

Figure 1.7:

a)

Mecanisme de Bjorken.

b)

Mode de production associee avec un photon monochromatique dans l'etat nal.

Avec la m^eme statistique, le nombre de Higgs issus du processus de production avec un photon dans l'etat nal, n'est que de 3 a 30 evenements.

La recherche du Higgs a LEP a ete eectuee pour divers etats nals et dans plusieurs domaines de masses:

 si mH < 15 GeV=c2, le Higgs possede un grand temps de vie et parcourt donc des distances longues avant de se desintegrer (quand mH < 2m, en moyenne ' 1m, < 1m quand mH > 2mK). Son impulsion est egalement elevee dans ce domaine de masse (quelques dizaines de GeV=c). Les topologies de paires de leptons avec de l'energie manquante, les vertex secondaires, ou bien les monojets et les jets acoplanaires avec une paire de leptons energetiques, etaient des signatures recherchees. Les quelques evenements ayant survecu aux coupures d'analyses sont compatibles avec le niveau de bruits de fonds attendus [44]. LEP I a mis n aux incertitudes sur l'existence d'un Higgs de basse masse.

 si mH >5?10 GeV=c2, les desintegrations du Higgs sont dominees par les modes b^b, cc, gluon-gluon et +?. Les canaux etudies sont:

H + Z? ! 2 jets (oul+l? ) + Z? ! 2 jets (oul+l? ) +  H + Z? ! +? (ou 2 jets) + Z? ! +? (ou 2 jets) + l+l?:

Une combinaison des limites atteintes en 1995, par les dierentes collaborations de LEP [45], permet de donner une valeur inferieure de la masse du Higgs de 65.2 GeV=c2 avec 95 % de degres de conance [46]. En combinant ces resultats obtenus a LEP I et ceux de la phase de fonctionnement du LEP II a 161 GeV, pendant l'ete 1996, l'experience OPAL, seule, met une limite de 65 GeV=c2 [47].



Couplages anormaux

Le mode de production associee du Higgs avec un photon monochromatique, est penalise par une section ecace faible. Neanmoins, l'etude de cette reaction est parti-culierement interessante, car elle permet de tester les couplages de Yukawa du top (les fermions qui \tournent" dans la boucle du diagramme associe a ce processus sont majo-ritairement des quarks top virtuels).

En considerant l'existence de couplages anormaux, obtenus dans le cadre de modeles de Lagrangiens eectifs, utilises pour decrire les proprietes du Modele Standard, la desintegra-tion du Higgs dans le mode H

! peut ^etre dominante [48]. DELPHI a mis une limite a 7:10?6 sur le rapport de branchement du Z en 3 [34] et exclut un Higgs de moins de 70 GeV=c2, dans ce cadre. A LEP II, la mesure des couplages a trois bosons de jauge dans les desintegrationsW+W? permettront de tester la validite de ces modeles pour un Higgs de masse plus elevee [33].



Les Higgs du MSSM

Le h et le A ont ete recherches a LEP I jusqu'a des valeurs proches de mZ=2 [44] [49]. Les masses des H et du H sont probablement plus elevees que celles des W et du Z, les limites placees par LEP I, proches de mZ=2, sont sans surprise.

Le h

et le A

ont ete recherches dans les modes Z

!hZ? et Z

!hA: 24

 dans le canal Z

! hZ?, les resultats des analyses eectuees pour la recherche du Higgs standard ont ete reinterpretes. Dans le cadre du MSSM, ce mode est simplement aecte par un facteur sin2( ?), lie aux couplages. Il est dominant pour les basses valeurs de tan(). Les modes de desintegration du h

etudies sont principalement les desintegrations dominantes en 2 quarks beaux et pour le reste en 2 leptons . Dans les desintegrations du Z?, seuls les modes en 2 electrons, ou 2 muons ou 2 neutrinos ont ete consideres (de facon a reduire le bruit de fond provenant des desintegrations hadroniques directes du Z

).

 le canal Z

!hA est dominant pour les valeurs intermediaires et elevees detan() du fait du couplagecos2(?) de l'equation 1.46. Ce domaine est complementaire de celui du mode Z

! hZ?. Les congurations d'evenements a quatre jets de quarks beaux, avec etiquetage des jets, ont ete etudiees dans ALEPH. Dans L3, des topologies mixtes de paires de quarks beaux et de leptons ont ete considerees [45]. Les limites inferieures actuelles surmh, incluant les donnees de LEP II a 161 GeV=c2, sont resumees dans la table 1.3 [40]. Elles sont donnees quelques soient les parametres de melanges dans le secteur des squarks.

valeur detan() 1!7 7 !20 20!50 limite sur mh (GeV=c2) 65 !50 50 50!55

Tableau 1.3: Limites sur mh.

Une limite inferieure de '45 GeV=c2 est donnee pour la masse du A [45] [34]. Bien que les paires de Higgs charges soient theoriquement inobservables a LEP I, des recherches ont ete eectuees dans les modes:

Z

!H+H?

!+?; cs et cscs (1.47) Ces modes sont privilegies par leurs couplages aux H. Une decouverte de tels signaux aurait rendu le MSSM caduque. Neanmoins, la limite proposee dans la reference [12] est proche de la limite cinematique de LEP I, elle vaut 43.5 GeV=c2.

La valeur de l'element jVtbj de la matrice CKM est predite, dans le cadre du Modele Standard, comme etant tres proche de 1 (t

! Wb). Si la desintegration du top en H

est fortement favorisee (t

!Hb), alors la valeur de jVtbj peut devier de l'unite. La mesure actuelle, faite au TeVatron, est assez peu restrictive, faute d'un nombre susant de quarks tops detectes (jVtbj= 0:970:150:07 et doncjVtbj>0:58 a 95 % de conance) [24]. Toutefois, elle ne contredit pas le Modele Standard.

Dans le document Optimisation du détecteur ATLAS pour la recherche du boson de Higgs se désintegrant en deux photons au LHC (Page 33-37)