Les événements utilisés lors de ette étude sont eux issus de la pro- du tion o ielle de la ollaboration CMS. La des ription omplète de la haîne de simulation ainsi que elle des pro essus de re onstru tion des éle trons peuvent être trouvées dans les référen es : [Ba oniet al.,a℄ et [Ba oni etal.,b℄.
6.2.1 Génération de la inématique des événements
Le signal et les prin ipaux pro essus parasites onstituant le bruit de fondontétésimuléspourdes ollisionsdeprotonsà14TeV,ave untauxde 3,5 empilements par événement pour tenir ompte des ollisions multiples. Ce taux orrespond à une basse luminosité, égale à
2 · 10
33
cm−2s−1
. Lesdensitésde partonsadoptées à l'intérieur desprotons sontissues d'uneana- lysede hromo-dynamique quantique qui ombine tous les résultats onnus se rapportant aux se tions e a es de produ tion de jets et d'événements profondément inélastiques. Elle utilise la fon tion de distribution des par- tons référen ée CTEQ5L [Pumplin etal.,2002 ℄. Cette analyse est ee tuée en utilisant les programmes PYTHIA [Sjostrandet al.,2006 ℄ et CompHEP [Pukhovet al.,1999℄.
Comme eslogi ielslimitentles al ulsdese tionse a esàl'ordreprin- ipal des diagrammes de Feynmann (LO), on leur applique une orre tion permettant d'a éderàl'ordresuivant(NLO).Cetteopérationestee tuée, soit-pourlaprodu tiondu Higgsetpour l'évaluationdubruit
t¯t
-par nor- malisation dire tedesse tions e a esà elles obtenuesà partir de al uls NLO, soit - pour les bruitsZZ
∗
et
Zb¯b
- en utilisant des fa teursd'é helle dépendant de l'impulsion transverse. Le ode de Monte Carlo MCNLO [Frixione and Webber,2004 ℄ est utilisé à eteet. Les valeursmoyennes de esfa teurs d'é helle, appelés parfois K-fa tors,sont égalesà 1,35 pour la produ tion deZZ
∗
par le pro essus dominant (à partir de
q ¯q
), et à 2,4 pour lebruitZb¯b
[Ba oni etal.,b ℄.En n, le programme PHOTOS [Golonka andWas,2005 ℄ est utilisé en omplément a n de prendre en ompte ertains eets relevant de l'éle tro- dynamiquequantiquequi nesontpastraités dansPYTHIA.
Dans le but d'a élérer la produ tion d'événements simulés, une pré- séle tion a été appliquée au niveau de la génération des parti ules, après l'intera tionproton-proton. Celle- i neretient omme valables que euxqui possèdent, dans l'état nal, quatre éle trons de pseudorapidité
|η| < 2.7
, 'est-à-dire ompatibles ave l'a eptan e angulaire du alorimètre éle tro- magnétiquedeCMS.Deplus, leurimpulsiontransversedoitêtre supérieure à5 GeV/c
, arseulsleséle trons satisfaisant ette onditionseront déte tés ave une bonnee a ité.Le signal
Lessignaux provenant de ladésintégration duHiggs en 4 éle trons sont générés par le ode PYTHIA, version 6.227, asso ié à l'interfa e CMKIN (CMS Interfa e for Event Generator, version 3.1.0). Les bosons de Higgs sont produits par fusion de gluons ou de bosons d'intera tion faible (
Z
etW
) selon les pro essus indiqués au hapitre 1, et for és de se désintégrer en une paire de bosonsZ
. La désintégration de es bosons en une paire éle tron-positronestalors imposée. LamasseduHiggsMH
estprise omme paramètre entre lesvaleursde 115 et300 GeV/c
2
.Cettevaleur de lamasse in ue sur sa se tion e a e de produ tion
σN LO
, qui dé roît d'environ 48 à 9,6 pb quandMH
roît de 115 à300 GeV/c
2
(voir la gure 6.5). Mais, pour obtenir lase tion e a e de produ tion d'éle trons, il faut multiplier
tivement aux probabilités de désintégration du Higgs en
ZZ
∗
(qui dépend de
MH
) [Djouadietal.,1998 ℄ et duZ
(ou duZ
∗
) en deux éle trons. Une orre tionestensuiteappliquéepourtenir omptedespossiblesinterféren es entredeuxéle trons demêmesigne provenant ha und'undesdeux
Z
(voir [Ze heretal., 1994 ℄).La variation,en fon tiondeMH
,de lase tione a e relative à l'observation de tels événements à quatreéle trons dansl'état - nalest aussireprésentée surla gure 6.5. La ourbe représentative de ette variationprésenteunealluretrès diérentede ellequi orrespond àlapro- du tion du boson H :alors que elle- i - ourbe du haut - dé roît de façon monotone d'unfa teur pro he de 5entreMH
= 115
et300 GeV/c
2
, elle-là - ourbe du bas- roît d'un fa teur 10 dans lemême intervalle, en passant par des maxima pour
MH
= 150
et200 GeV/c
2
.Cette remarque présente un intérêt parti ulier lorsque l'on ompare laprobabilité de es événements favorablesà ellesdesdiérentsbruitsdefond,qui,elles,sontindépendantes de lamasseduHiggs (voir la gure6.5, ourbe dubas).
Les diérents bruits de fond
C'est égalementlelogi ielPYTHIA(version6.223)quigénèrelesévéne- ments onstituant lebruit de fond.
1. Le bruit
t¯t
Lesévénements
t¯t
sont générés de lafaçon suivante :lebosonW
issu de ladésintégration duquarkt
en unepaireW b
(désintégration qui a lieudansplusde99%des as)estfor éàsedésintégrer enleptons, les leptonsτ
étant obligés de subir, eux aussi, une désintégration lepto- nique.Quant auxquarks b,ils sont laisséslibres de leurdé roissan e, qui s'opère selon les héma de la gure 6.2. Comptetenu des se tions e a es des événements primaires, et des rapports d'embran hement orrespondantauxdiversesdésintégrations,lepro essust¯t
est eluiqui apporte laplusforte ontribution au bruit,puisqu'ilen représenteen- vironlesdeuxtiers(voirla gure6.5). Lesévénements orrespondants s'avèrent environ 100 fois plusnombreux que eux qui représentent le signalre her hé, etdevront don être rejetés e a ement par le trai- tement ultérieur(voirle hapitre 7).2. Le bruit
Zb¯b
Pourgénérerlesévénements
Zb¯b
,leprogrammeCompHEPaétéutilisé, en asso iation ave PYTHIA. En eet, e dernier n'a pas a ès au pro essusgg → Zb¯b
,quireprésente 80%delase tione a etotalede e bruit.Par ailleurs,toutesles on gurations dequarkspossiblesdansle anal d'entrée ont été prises en onsidération. Les quarks b ont été laissés
Fig. 6.5 Variation, en fon tion de diérentes hypothèses de masse pour le Higgs, de la se tion e a e de produ tion de e boson, exprimée en pi- obarns (en haut) et de elle orrespondant à l'observation de 4 éle trons, 'est-à-dire au mé anisme
H → ZZ
∗
→ 4e±
(en bas), en femtobarns . Les horizontales représentent lesse tions e a es, également exprimées enfem- tobarns, orrespondant à ha un desbruits onsidérés:
ZZ
∗
ennoir,
Zbb
en bleu,tt
envert.Comme on peut le voir sur la gure 6.5, le bruit orrespondant à la voie
Zb¯b
est environ50 foisplus abondant que lesignal.3. Le bruit
ZZ
∗
En equi on ernelaprodu tiondepaires
ZZ
∗
parannihilationquark- antiquark, seulle anal impliquant la ontributiond'une paire
t¯t
dans l'état initial est onsidéré. Le anal mettant en jeu une paires¯s
, qui ne représente que 10% de probabilité pour les massesMH
faibles et beau oup moins pour les masses élevées a été négligé. La masse des bosonsZ
etZ
∗
est ontrainte dans l'intervalle 5-
150 GeV/c
2
, et le boson
Z
est for é de se désintégrer en une paire de leptons hargés, lesleptonsτ
étant ontraintsàleur tourde sedésintégrer enéle trons et muons. D'autre part, la ontribution du mé anisme de fusion de gluons à la produ tion de paires deZ
, qui représente environ 20% pour les masses du Higgs inférieures à200 GeV/c
2
, n'est pas prise en onsidération dans PYTHIA. Une orre tion de 20% a don été appliquée dans edomaine demasse.
Compte tenu de tous es éléments, les événements
ZZ
∗
sont, avant réje tion, plusnombreux d'unordre degrandeur environque eux qui orrespondent ausignal(voirla gure6.5).
Avant toute séle tion, lebruit estdon largement prédominant par rap- port ausignal.
6.2.2 Simulation de l'énergie déposée dans les diérentes parties de CMS
Pour haque événement, qu'il s'agisse de signal ou de bruit,il va main- tenant falloir simuler l'évolution de haque parti ule, a n de traduire son passage dansledéte teur CMS.
Pour lesparti ules hargées, ettetraversée seferaselon destraje toires ourbes, en raison de l'omniprésen edu puissant hampmagnétique dudé- te teur. Lesintera tions parti ule-matière auront généralement deux onsé- quen es:
leralentissement delaparti ule,entraînant ladiminutiondurayon de ourburede satraje toire.
la réation éventuelle d'une ou plusieurs parti ules nouvelles, dont il faudrasuivrel'évolution.
C'est àl'aide dulogi ielOSCAR(version 3.6.5)[Os ar,2004 ℄,lui-même basésurleprogrammeGEANT4[Agostinellietal.,2003 ℄quesontsimulées toutes lesintera tions desparti ulesave lesdiérentsélémentsde CMS.
GEANT4 estunlogi ielé riten C++destinéàsimuler lesintera tions desparti ules ave lamatière. Ainsi,pour une parti ule in idente d'énergie etd'impulsion données, et onnaissant lagéométrie etla omposition de la
ou hes de ette matière. OSCARpermetde dé nir lagéométrie omplexe du déte teur CMS, et d'appliquer GEANT 4 à ette géométrie. A la sortie d'OSCAR, on dispose don d'un ensemble de données numériques repré- sentant les énergies déposées dans ha un des onstituants élémentaires de CMSquiontététou hésparunedesparti ulesimpliquéedansunévénement donné.
6.2.3 Simulationdes signaux de sortie
Une foisl'étape pré édente réalisée,ilreste àsimuler ler le del'éle tro- niqueasso iéeauxdéte teurs, 'est-à-direà onvertir esnombresendonnées alquéessurlessignauxéle troniquesquiserontaiguillésverslesystèmed'a - quisition de données. C'est le r le du logi iel ORCA ([Or a, 2004 ℄) dont la version8.13.1 aété utiliséei i.
A la sortie d'ORCA, les énergies ont été virtuellement onverties en si- gnaux éle triques (on est passé du GeV au volt), un bruit aléatoire a été ajoutéà haque signal,et elui- ia éténumérisé.De elogi ielémergeainsi haquesignal, odéenmodebinaire ommeleserontlessignauxréelslorsque l'expérien esera enfon tionnement.
Parailleurs,unesimulationrapideappeléeFAMOS[Wynho,2003 ℄peut être utilisée en omplément pour pouvoir générer rapidement un grand nombre d'événements. Ce logi iel utilise desparamétrisations desdiérents pro essusphysiques,aulieudelessimuler omplètementetdefaçondétaillée omme le fait ORCA. Par ailleurs, il a été ajusté de façon à reproduire le mieuxpossibleles donnéesissues d'ORCA.