L'énigme de la génération des masses : La recherche du Higgs dans l'expérience D0 auprès du collisionneur proton-antiproton de Fermilab et la mesure des oscillations neutrinos à OPERA

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L’énigme de la génération des masses : La recherche du

Higgs dans l’expérience D0 auprès du collisionneur

proton-antiproton de Fermilab et la mesure des

oscillations neutrinos à OPERA

Arnaud Lucotte

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Arnaud Lucotte. L’énigme de la génération des masses : La recherche du Higgs dans l’expérience

D0 auprès du collisionneur proton-antiproton de Fermilab et la mesure des oscillations neutrinos à

OPERA. Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]. Université Joseph-Fourier - Grenoble

I, 2004. �tel-00007640�

Univ ersite Joseph Fourier de Grenoble

L'enigme de la generation des masses :

La re her he du Higgs dans l'exp erien e D aupres du ollisionneur proton-antiproton de Fermilab et La mesure des os illations neutrinos a OPERA

Memoire presentepar : Arnaud Lu otte

pour obtenirle

Dipl^ome d'Habilitation adiriger des Re her hes

Composition du jury :

Prof. Johann Collot(President) Dr. Yv es De lais

Prof. Gerard Sajot (rapporteur) Dr. DanielTreille (rapporteur) Dr. GuillaumeUnal

Jetiensaremer ierleProf.JohannCollot,leDr.YvesDe lais,leProf.Gerard Sajot,leDr. Daniel Treille, le Dr. Guillaume Unal et le Prof. Fran ois Vannu i pour avoir a epte d'^etre membre de mon jury de these d'habilitation. Je remer ie plusparti ulierement Gerard Sajot, DanielTreilleetFran ois Vannu i d'avoir a epte d'endosser ler^olede rapporteurs.

Depuislandemathese, 'estadiredepuisMarie-Noelle(Minard)etBolek(Pietrzyk),mon par oursdephysi ienm'a amenea otoyerde nouveaux horizons,physiqueetgeographique.Je suisdevenuredevableadenombreusespersonnes,aupresdequij'aibeau oup,beau oupappris. Elles m'ont oert leur temps, leur onseil et parfois m^eme leur amitie. Ce sont es m^emes personnes ave qui j'ai pu partager ette passion pour la physique des Hautes Energies, un des domaines de re her he les plusex itants a e jour, et a l'aube de de ouvertes en ore plus retentissantes.

Jepensetoutd'abordauxmembresde la ollaborationD,etenpremierlieulaformidable 

equipede l'universitede StonyBrookmenee de maindema^treparPaulGrannis. Au oursde es3annees,Paulm'afaitbene ierdel'etenduedeses onnaissan esetdeses onseilsjudi ieux danstous lesdomaines,delaphysiquehadroniqueal'ele troniqueanalogique. Ilm'aegalement fait onan edans ette aventurequ'aete la on eption etlarealisationd'unde len hementde premierniveaud'ele tronsdefaibleimpulsionaD,enm'apportantsonsoutienetson on ours 

atoutesles etapes. Jeluidois beau oup de e quej'ai appris.

Jepense aussi a JonKot her, leader du groupe \pre-e hantillonneur" pour la region des bou- hons, qui m'a fait bene ie de ses onnaissan es pointues pendant les longues semaines de testsenfais eau, heureusementagrementeesde sonhumourde apant.Jetiensaussiaremer ier Mrinmoy Batta harjee, ompagnon d'etude devenu ami, pour avoir partage le (parfois) lourd maistoujours ex itant poids des responsabilitesdu software d'analyse du fais eau test etde la on eption du de len hement ele tron/photon de premiers niveaux. Je pense aussi a Mi hael Rijssenbek, Bob M Carthy, Frederi Sti helbaut et Abid Patwa, ave qui j'ai eu la han e un jouroul'autredepartagerunea tivited'analyse...oude ablagedupre-e hantillonneur.Mer i en oreaKinYipquiasum'initieralaprogrammationdes artesdede len hementdeniveau1,

surl'ele tronique frontale du dete teur et pour les nombreuses modi ationsque je leur ai de-mandeesau oursde laperiode demise aupoint dude len hement de niveau 1.Ennje tenais 

aremer ierJerryBlazey,leaderdugroupe\de len hement" al'epoque,maintenantspokesman, pour nos dis ussions parfois animees mais toujours dans la bonne humeur, et qui nous a tou-jours apporte son soutien. Les derniers noms qui me viennent a l'espritsont eux de Dhiman Chakraborty,DenisS hpakovetles freres Kulikauxhorairesde ales, quiparleureÆ a ite ont souvent sum'apporterleuraide danslemonde parfoisun peu omplexe dusoftwareD.

A mon retouren Europe, j'ai eu la han e de rejoindrele groupe ATLAS, et en parti ulier le groupe TRT dirige par Daniel Froidevaux. Je voudrais le remer ier pour son a ueil ainsi queFidoDittus,etpourm'avoir permisd'integrer rapidemment laprobematiquete hnique du dete teur. J'ai appris beau oup a leur onta t et a elui de Sergei Mouraviev durant les tests intensifsque nousavonsfait subiraun prototype de rouedu TRT.

J'aieula han eparlasuitederetravaillerauseindeDdanslegroupedel'ISN.Jeremer ie JoelChauvin, de m'avoir a ueilliau laboratoire. Je suisinnimentredevable a Gerard Sajot, quisaittoujours, parsa ompeten e etsaproverbialehumilite,mettre envaleurla ontribution deses ollaborateurs.Gerard m'atoujourssoutenu,sansluijenepresenterais ertainementpas ette habilitation aujourd'hui. Mer i egalement a Yanni k Arnoud et Sabine Crepe-Renaudin pourleura ueil.

J'aiensuite integre leCNRS au Laboratoire de l'A elerateur Lineaire.Jetiens aremer ier Mr D'Almagne de m'y avoir a ueilli. Je suis tres redevable a Jean-Eri Campagne, leader du groupe OPERA du LAL, pour sona ueil etsa omprehension toutau long de mon sejour.Je remer ieegalementJean-PaulRepellinetJa quesBou rot,autresmembreseminentsdugroupe. Mer iauxmembresduformidableservi eele troniqueduLAL,ChristopheDelaTaille,etGisele Martin,Ludovi RauxetSylvieBondildont letalentn'ad'egalque ladisponibiliteetlabonne humeur. Mer i enn a Laurent Simard et Antoine Cazes pour leur amitie et les bons repas partages!

J'ai enn rejoint le LPSC depuis le debut 2004. Je tiens a remer ier en premier lieu Jo-hann Collot de m'avoir a ueilli dans son laboratoire dans l'equipe ATLAS. Mer i a Fairouz Olhsson-Malek,pourson a ueil haleureux au seindu groupe qu'elle dirige.Mer i a Fabienne Ledroit-Guillon,qui asurapidemment eteÆ a ement m'initier aumonde softwared'ATLAS.

Et pour nirsur unenote plus personnelle, j'adresse un mer i de tout oeur a ma mere, a mafamille,ainsiqu'aDenise,Jean-Ja quesetGeraldinepourleurae tionetpourmerappeler qu'il existe un monde en dehors de elui de la physique! Enn, et surtout, j'aimerais dedier e memoire a Elsa, longtemps ma ompli e et aujourd'hui mon epouse. Je la remer ie de son amouret de ses en ouragements au ours des longues annees que nous avons ve ues eloignes, maistoujoursintimementpro hes dansnos oeurs.

Remer iements 3

Introdu tion 7

1 La generation des masses dans le Modele Standard 9

1.1 Stru ture duModeleStandard . . . 9

1.1.1 Le adre theorique du Modele Standard . . . 9

1.1.2 Le me anismede generation desmasses . . . 10

1.2 Contraintessurle boson deHiggsstandard . . . 13

1.3 La massedesneutrinosrevisitee. . . 15

1.4 Con lusion . . . 16

2 La re her he du Higgs H! W + W dans l'experien e D au Tevatron 17 2.1 Phenomenologie etstrategie dere her he . . . 18

2.1.1 Me anismes de produ tionduHiggs . . . 18

2.1.2 Me anismes de produ tiondespro essus de fonds. . . 21

2.1.3 Strategie de re her he du Higgsdansle anal H!W + W . . . 22

2.2 Le dete teur Dpourlare her he du Higgs . . . 23

2.2.1 Le ollisionneurpourle RunII . . . 23

2.2.2 Ensemble dedete tion de l'experien e D . . . 25

2.2.3 Identi ationdesele trons :lesdete teurs de piedsdegerbes . . . 28

2.2.4 Ensemble dede len hement desele trons . . . 33

2.3 Analysepreparatoire alare her he du Higgs . . . 38

2.3.1 Re her he dansle anal W  W  !l l +2 jets. . . 38

2.3.2 Re her he dansle anal H!W  W  !l + l  l   l . . . 41 2.4 Con lusion . . . 45

3 Les os illations de neutrinos a OPERA 46 3.1 Phenomenologie desos illationsde neutrinos . . . 47

3.1.1 Le formalismedes os illations . . . 47

3.2.1 Ensemble dedete tion de l'experien e OPERA . . . 51

3.2.2 Le dete teur iblea s intillateurd'OPERA . . . 52

3.2.3 Strategie de mesure desos illations  !  . . . 53

3.3 L'ele tronique frontale du dete teurde tra es as intillateur . . . 55

3.3.1 Cahierdes harges . . . 55

3.3.2 Dessin du ir uitintegre . . . 56

3.3.3 Performan esdu ir uitele tronique . . . 58

3.3.4 Integration dansl'ensemble d'a quisition. . . 63

3.4 Con lusion . . . 63

4 Perspe tives 64 4.1 A tivite experimentale . . . 64

4.1.1 Le ollisionneurLHC etl'experien eATLAS . . . 64

4.1.2 A tivite dansla alorimetriea Argon Liquide . . . 65

4.2 La re her hedu Higgs harge parlesmesures depre ision . . . 65

4.2.1 Lesbosons de Higgsau-deladu Modele Standard . . . 66

4.2.2 Mesuresdes se tionseÆ a es de produ tionde quarkstop auLHC . . . . 67

Undes adres on eptuels lesplusfe onds delaphysiquedesparti ulesest eluiduModele Standard.Celui- ipermetdede rirelesintera tionsfortesparlaChromodynamiqueQuantique (QCD)etlesintera tionsele tro-faibles, 'est-a-direlesintera tionsfaiblesetele tromagnetiques, parlemodeledeGlashow,WeinbergetSalam.Pendant 30ans,leModeleStandardapermisde rendre omptede fa on impressionnantedesresultatsobtenusen physiquedeshautesenergies, ave lade ouvertedesbosons hargesW



,lamesuredes ourantsneutresetlamiseeneviden e d'unautrebosonneutre,leZ,prevusparlamodelisationdel'intera tionele tro-faible.LeModele Standardaaussietetestedansledetailparlesexperien esLEP,apartirdesmesuresdepre ision ee tueessurlesobservablesdelaresonan edubosonZ.Undesresultatslesplusremarquables de esexperien es,futdeprouverlavaliditedes ontributionspurementele tro-faibles,predites dansles orre tionsd'ordressuperieursdelatheorie.A partirde esm^emesmesures, lesquatre experien es LEP predisaient des les annees 1993-94, dans le adre Standard, l'existen e d'un sixieme quark lourd, le top, ave une masse de 174 GeV =

2

. En 1995 les experien es CDF et D anon aient simultanement lade ouverte de e quarkdont lamassea depuisete mesuree a 178.04:3GeV =

2

, onrmantle ara tere remarquablement predi tif du Modele Standard. Pourtant, m^eme si l'on se restreint au seul aspe t experimental, il semble que e modele soure de quelques imperfe tions : le pro ede par lequel il rend ompte de la generation des masses,leme anismedeHiggs,n'esta ejourtoujourspasvalideparlesdonneesexperimentales. Cedernierprevoiteneetl'existen ed'uneparti ules alaire,lebosondeHiggs,quin'atoujours pasete de ouvert;enn,depuis inqansetlamiseeneviden eduphenomened'os illationsdes neutrinos, nous savons que les neutrinos ont une masse. Cette derniere est faible omparee a ellesdesfermionsdematiere,maisnonnulle, ontrairementa equiestsupposedansleModele Standard.Des termespermettantd'engendrer esmassespeuventaisement^etreintroduitsdans leModele.Cependant, lasolutionlapluselegante a e jour, permettant derendre omptea la foisde la petitessedes masses de neutrinosetde la non-observation de neutrino droit,ne peut s'a omoderaisementduModeleStandardsansmodi ationprofondeduse teurdeHiggs.Cette solution(diteme anismede bas uleou \see-saw"), s'integre en revan he tresaisementdans un adretheorique pluslarge, eluidestheories de grande uni ationoude lasupersymetrie.

latifs au me anisme de generation des masses dans le Modele Standard. J'insisterai sur les onsequen es experimentales quien resultent dansle se teur de rivant lebosonde Higgs, ainsi que dansle domaine des neutrinos. Ce ontexte introduit,je onsa rerai les hapitressuivants 

a lades ription de mes a tivites au sein desdeux experien es dont ette thematique onstitue lel ondu teur.

Lo alisee sur l'anneau de ollisionsproton-antiproton du TeVatron a Fermilab, D estune experien e permettantletest de nombreuxaspe tsde laphysiquedes hautesenergies: intera -tionsfortes,intera tionsele tro-faibles,proprietesdesquarkstopetdesbosonsWetZ,physique desmesons B, miseeneviden e de signesde nouvelles physiques,et, biens^ur,re her he du bo-sonde Higgs. Je de rirai en deuxieme partie les a tivites que j'ai ee tuees au sein du groupe de l'universite de Stony Brook (New York) entre mars 1997 et Novembre 1999, prolongees au sein du groupe du LPSC (Grenoble) entre Novembre 2000 et O tobre 2001. Ma ontribution s'est integree a la preparation de l'experien e a la prise de donnee de haute luminosite aussi appelee \RunII",quia demarre en 2001. Dans e adre,j'ai travaille a la ara terisation et la validation d'un nouveau sous-dete teur de D, le dete teur de pied-de-gerbe, et a la mise au pointd'algorithmesdede len hement de premiersniveauxen vuede sele tionnerdesele trons, indispensablesa l'etudedes bosons W, Z ou Higgs.Enn, j'ai parti ipe aux travauxdu groupe de re her he du Higgs au TeVatron, ave une ontribution dire te a la re her he d'un Higgs \lourd".

La troisieme partie du memoire porte sur mon impli ation dans la ollaboration OPERA. OPERA est une experien e situee dans la averne de Gran Sasso (Italie), pla ee sur la ligne d'un fais eau de neutrinosgenere au CERN (Suisse) a 732 km de la. L'obje tif d'OPERA est de mettre eneviden e l'os illationde neutrinosde saveurs 

 en 

de maniere irrefutable, par la dete tion dire te d'un lepton  dans le fais eau pur de 



produit au CERN. La prise de donnees n'etant prevue que pour 2006, j'ai parti ipe aux preparatifs du dete teur au sein du groupe du LAL, entre O tobre 2001 et 2004. Dans e adre, ma ontribution a onsiste en la miseau point etlavalidation del'ele tronique frontale de le ture du dete teur a s intillateurs. Ler^ole de e dernier est important aril permetde signerl'o urren e d'unedesintegrationde neutrinos

 ou 

au oursdeleurintera tionave lapartie- ible (massive)dudete teur,etde lo aliser l'empla ement du vertex de desintegration, ne essaire en vue d'une re her he ne du vertexde desintegration du lepton.

La generation des masses dans le

Modele Standard

1.1 Stru ture du Modele Standard

Le Modele Standard de rit les intera tions forte,ele tromagnetique et faibledans le adre d'une theorie de jauge non abelienne. Il rend ompte du ontenu en hamps de matiere ou fermions,en hampdejaugeoubosons,etde rit ompletementladynamiqueasso ieea ha un de es hampsainsiqueleurs intera tions.

1.1.1 Le adre theorique du Modele Standard

Le Modele Standard est base sur la symetrie de jauge lo ale SU(2) L

U(1) Y

ou SU(2) L est le groupe asso ie a la symetrie d'isospin faible et U(1)

Y

le groupe asso ie a la symetrie d'hyper harge.Latheoriedesintera tionsfaiblespre isequeseulesles omposantes(Ve torielles - Axiales) des hamps de fermions sont sensiblesaux intera tions faibles.Les etats propres de hiralitegau hedoiventdon ^etre regroupesdansundoubletd'isospinfaibletandisquelesetats propresde hiralite droitesont regroupesdansun singuletd'isospin :

L i L =  L e L ! ; Q L = u L d L ! ; e R ; u R ;d R ave i=e;;

Cettedes riptionex lutlapresen eduneutrinodroit,nonobservea ejour(violationmaximale de laparite). A ha un de es multipletsest asso iee unequantite onservee, l'hyper harge Y, denieparQ=I

3

+Y=2 ouQestla hargeele triqueetI 3

latroisieme omposantedel'isospin faiblede laparti ule.Lestransformationsde jaugelo aleappliqueesauxmultipletsleptoniques e

L

(x) ete R

(x),en un pointxde l'espa e-temps s'e rivent alors:

sousSU(2) L : e L (x)!  e i g 2  k (x) k  e L (x)ete R (x)!e R (x) sous U(1) Y : e L (x)!  e i g 0 2  k (x)Y  e L (x) ete R (x)!  e i k (x)Y  e R (x)

matri es k

sontlesgeneratri esdesrotationsdansl'espa edel'isospinfaibleSU(2) L

.L'evolution dynamiquede es hampsestregiepardesequationsdumouvementobtenuesparappli ationdu prin ipedemoindrea tionsurleurdensitelagrangienne.Onpeutalorsmontrerquelelagrangien initial ontenant la inetique des hampsfermioniques:

L=e L (x)( i    )e L (x)+e R (x)( i    )e R (x)

n'estinvariantsous es transformationslo alesquesi l'on ee tuelasubstitution:

  !D  =  +ig  i 2 W  i +ig 0 Y 2 B 

ouontete introduitslestrois hampsW i 

asso iesaux troisgenerateurs deSU(2) L etle hamp B  asso ieaU(1) Y

.Ces hampsvontdonnernaissan eaux hampsphysiquesreelsbien onnus, lesbosons ; Z; et W

+

; W ,denis ommedessuperpositionslineaires despremiers :

A  = sin W W 3  + os W B  Z  = os W W 3  +sin W B  W   = 1 p 2  W 1  W 2  

Formulationdans lesquelles on a introduit l'angle de melange  W

etla harge ele trique e, qui sont relieesaux onstantes de ouplagesg etg'par lesrelations :

os W = g p g 2 +g 02 et e=gsin W

A e stade,lelagrangieninvariant dejaugene ontient de termede massenipourles fermions, nipourles bosons(theoriede Yang-Mills),puisqu'il s'e rit :

L=e L (i  g  i 2 W i  g 0 Y 2 B  )e L +e R (i  g 0 Y 2 B  )e R + 1 4 W  W  1 4 B  B 

ouladynamique interne aux hampsde jaugeest portee parles tenseurs:

W  =  W i    W i  g  ijk W j  W k  et B  =  B    B 

Touttermedemassedetypem 2

A 

A 

estinterdit arilvioleraitl'invarian edulagrangiensous lasymetrie SU(2)

L

U(1) Y

.Ilsembledon impossibled'introduirelestermes ne essaires pour donnerleurmasseaux bosons de jaugesans briserl'invarian elo ale.

1.1.2 Le me anisme de generation des masses

Le Modele Standardreussitaresoudre eproblemeen introduisantun hamps alaire, dont les termes inetique et potentiel restent invariants de jauge, mais dont l'etat initial ne fait

L'introdu tiondu hamps alaireisodoubletdeSU(2)sepresentesoussaformelaplusgenerale: =  +  0 ! = 1 p 2  1 +i 2  3 +i 4 ! ave  i r 0 eels

Si e hamp est soumisaun potentielde laforme:

V()=jj 2  +  ( + ) ave >0 et 2 <0

sadynamiqueest regie parlelagrangien, invariant de jaugelo ale (etinvariant relativiste):

L H =(D  ) + D   jj 2  +  ( + ) 2

L'energieminimalede e hampn'estpasnullemaisvautE 0

=  4

=4et orresponda unetat degenere. On peutalors hoisirunetatpropre orrespondant tel que:

 0 = 0 v ! ou v= s  2 2

Toute perturbation au voisinage de et etat peut alors ^etre de rite par un isospineur (x) quel onquevoisinde  0 : (x)=e i k  k (x) 0 v+ H(x) p 2 !

Comme etetat est invariantsous SU(2) L

,on peut hoisirde sepla erdans unebasetelle que lestrois hampss alaires (x), sanssigni ationphysique,soientelimines(jauge unitaire):

(x)= 0 v+ H(x) p 2 !

Ainsi,parmilesquatre omposantesinitialesde(x),seulsubsistele hamps alaireH(x)appele hampdeHiggs,dontlesquantassontlesbosonsdeHiggs.Lelagrangienpre edentnouspermet alorsd'identierles termes quadratiquesauxmasses des hampsbosoniquesW

  ; Z  : m W = gv p 2 etm Z = gv p 2 os W = m W os W tandisque le hamp A



demeure sans masse, etest interprete omme lephoton.Apres brisure spontanee de lasymetrie, le hampde Higgslui-m^emea quiertlamasse :

m H = q 2 2

Onpeutnoterquel'e helled'energieduvidepeut^etredeterminee parlamesuredela onstante deFermiG

F

(duree de viedu muon):

v=( p 2 G F ) 1=2 246 GeV

de matiere que es derniers vont a querir leur masse. Elle repose dans le lagrangien sur la presen e de termes de ouplagesquidoivent^etre invariantsde jaugelo ale.

Dans le as des leptons,on ne souhaite introduiredes masses que pour unedes deux om-posantesd'isospin,leneutrino gau heetantsuppose sansmasse. Le ouplageleplussimple,dit deYukawa,entre unleptonetle hamp de Higgss'e ritalors :

L(;e)=g e " (( L e L )e R +e R  +  L e L !#

Apres brisurede symetrieetapress'^etre pla e dansla jaugeunitaire,le hamp (x) devient le hampde bosonde Higgsintroduitpre edemmentetlelagrangiena quiertpourlesleptonsdes termesde laforme: L(H;e)=g e  e L (v+ H p 2 )e R 

Cette expression permet de deduire l'expression des masses des fermions par identi ation du fa teurmultipli atifdes termesquadratiques,et onduita:

m e g e v et m  =0 Lamasseasso ieea haquesaveurdesfermionsm

f

faitdon intervenirl'e helled'energie ele tro-faiblev, ainsiqu'une onstante propreg

f

.Compte tenue de l'absen e de neutrinodroit dansle Modele,lamassem



restenulle.Onpeutalors al ulerlesvaleursde ouplagesdesfermionsau bosonde HiggsH, etmontrer qu'ellessont relieesa leurmassepar:

g e p 2 = m e p 2 v

Il en resulte que le boson de Higgs se ouple preferentiellement aux fermions les plus lourds, onditionnant ainsises modesde produ tionetde desintegration.

Dansle asdes quarks,onsouhaite engendrerdesmasses pour ha unedes omposantesde l'isospin.Ongeneralisele ouplagede Yukawa enintroduisantle hamp onjugue

C

du hamp deHiggspourree rire le lagrangien:

L(; C )=g u " ((u L  d L )d R +  d R  + u L d L !# +g d " ((u L  d L ) C u R +u R  + C u L d L !#

qui onduit a des ouplages de forme similaire aux as des leptons. On peut noter ependant quelesetats propresdemassede es quarksne orrespondent pasauxetats propresdeSU(2)

L . Cesdeux representations sont relieesentre ellepar lamatri e de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM).Onpeutnoter queles9 onstantesg

i e ; g i u ; etg i d

(i=1;2;3) introduitespre edemment pourles3saveursidequarksetleptonssontdesparametreslibresdelatheorie.Leurvaleurest en eet derivee de la mesure dire te de la masse des fermions onsideres et de la onnaissan e del'e helleele tro-faiblev.A plusforteraison,au unargument theorique nerend omptedela hierar hie apparente des ouplages du Higgs aux dierents fermions, les onstantes orrespon-dantess'e helonnant entreg

e

310 6

pourl'ele tron et g t

Les nombreuses donnees experimentales a umulees par les experien es de hautes energies ont permisde ontraindre a la fois lastru ture et lamasse (apres brisure)du hamp de Higgs introduit danslatheorie desintera tionsele tro-faibles.

Le me anismede generation desmassesdesbosons WetZestintimementlie alastru ture du hamputilise.Sien eet l'onintroduitle rapport,deni a partirdesmasses desbosons etdel'angle de Weinberg: = m 2 W m 2 Z os 2  W

On peut alors montrer que e parametre est dire tement lie a la stru ture du (des) hamp(s) de Higgs invoquee dans le modele. Dans le as general d'un modele a N multiplets de Higgs d'isospinI

i

etd'hyper hargeY i

, e parametre peuten eet^etre e rit [1 ℄:

=  N i v 2 i I i (I i +1) Y 2 i =4
 N i v 2 i (Y 2 i =2)

Deslors,toutemesurepre isede ontraintlese teurdeHiggs.Experimentalement,lesmasses desbosonsWetZainsiquelavaleurdel'angle

W

ontetedetermineesave unegrandepre ision. Les derniersresultats onduisent a unevaleur  =1:00490:0010 [5℄ qui est ompatible ave  =1. Ce resultat implique don que le hamp de Higgsest forme soit d'un doublet d'isospin (I

i

=1=2;Y i

=1), omme 'estle asdansleModeleStandard,soitd'unnombrequel onquede doublets(I

i

=1=2; Y i

=1) ommelesmodelesadeuxdoubletsdel'extensionsupersymetrique minimaleduModeleStandard. Lesmodeles onsiderant lapresen e d'un ou plusieurssingulets de Higgs ((I

i

= 0; Y i

= 0) ou de Higgs tels que (I i

= 3; Y i

= 4) impliquent des stru tures plus omplexes. Les modelesa un ou deux doublets de hamps de Higgssont ainsi aujourd'hui onsideres omme les plusaptes a rendre ompte desresultats desmesures du se teur  ele tro-faible(notamment l'absen ede ourantneutre hangeant lasaveur).

LamassedubosondeHiggsdansleModeleStandardest ontraintealafoispardesexigen es de oheren e interne delatheorieetparlesmesuresexperimentalesee tueessurlese teurdes bosons de jauge.Les imperatifs theoriques font ainsietat :

{ De ontraintes d'unitarite [2 ℄ sur le al ul de la se tion eÆ a e de diusion W + L W L ! W + L W L

.Cettederniererequiertla ontributiond'unHiggs(s alaire)and'^etre al ulable perturbativement.La massedu bosonde Higgsne peutalorsex eder :

m H  2 p 2 G F ! 870 GeV = 2

{ De ontraintesdetrivialite[3℄s'appliquantsurl'evolutiondela onstanted'auto- ouplage du Higgs (denie pre edemment par 

2 = m

2 H

=2) en fon tion de l'e helle physique a laquelle est ee tue le al ul.Cette evolution est preditepar les equations du groupe de renormalisation.Ellemontrequel'auto- ouplage ro^tindenimentave l'e helled'energie

(p^oledeLandau).Ilfautdon borner etteevolutional'e hellejusqu'alaquelleleModele Standardestvalable.Cebornageaune onsequen edire tesurlavaleurdel'auto- ouplage du Higgs, etdon surlalimite superieure de samasse :

m H  8 2 v 2 3log( 2 =v 2 )

Fig.1.2.1{Contraintestheoriquessurlamassedu Higgsen fon tion del'e hellede physique dans le adre duModeleStandard[6℄

Fig. 1.2.2 { Variation du  2

de l'ajustement de l'ensemble desobservables ele tro-faibles en fon tion dem

H

dansle adredu ModeleStandard[7℄

{ De ontraintes de stabilite du vide [4℄, qui impose que le minimum du potentiel V() introduitpre edemment doit^etre stablea touteenergie. Imposerla stabilitedu potentiel pourde hautes valeursde  revient aimposer que la onstanted'auto- ouplage soit tou-jours positive, quelleque soit l'e helle  a laquelleon sepla e. Cette exigen e onduit a l'impositiond'une limite inferieure a la masse du Higgs, dependantede l'e helle .Pour =10 19 GeV , lamasse m H doit verier : m H >133+1:92(m t 175) 4:28  s (m Z ) 0:12 0:006 ou  s

estla onstante de ouplagede l'intera tionforte.

L'appliquationde es ontraintes est representee Fig. 1.2.1 en fon tionde l'e helle  a laquelle le Modele Standard est suppose valide. Les exigen es theoriques requierent don que m

H soit ompriseentre50GeV =

2

et400GeV = 2

si=1TeV ,ouquem H

soitsuperieurea180GeV = 2 etinferieure a 200 GeV =

2

ee tueessurles observablesde rivant laresonan edubosonZ.Cha unede esobservablesest eneetpreditedansleModeleStandardapartird'unensemblenideparametresfondamentaux. Les trois prin ipaux sont (s) la onstante de ouplage ele tro-magnetique, G



la onstante de Fermi introduite pre edemment, et m

Z

la masse du boson Z, determinee ave une grande pre ision a LEP. Si l'on omplete et ensemble par les masses des fermionsm

f

(dont le quark top) et du boson de Higgs (en ore indeterminee), on peut alors al uler les valeurs prises par haque observable,en in luant les eets de orre tions d'ordressuperieursa la theorie  ele tro-faible. Le plussouvent, on exprime les observablesdu p^ole du Z dans le adre du \formalisme des ouplages ee tifs", au sein duquel es dernieres s'e rivent en fon tion des onstantes de ouplagesee tifsg

Vf ; g

Af

quiin luentles orre tionsradiatives.Ces orre tionsdependent,de maniere generale, quadratiquement de la masse du top, et logarithmiquement de la masse du Higgs. En 1994, les mesures de LEP ont ainsi permisde predire l'existen e d'un quark topde masse: m t =173 +21 24 GeV = 2

Cette predi tions'est averee ^etre en remarquable a ord ave lade ouverte de ette parti ule, puisqueles derniersresultatsdes experien esCDFetD en 2004 onduisenta [7 ℄ :

m t

=178;04;3 GeV = 2

De fa on analogue, l'ajustement de l'ensemble de es observables permet de ontraindre la masse du Higgs dans le adre du Modele Standard. Les derniers resultats onduisent a favo-riser des valeurs faibles de m

H

(Fig. 1.2.2), puisque la masse la plus probable a pour valeur m H =117 +67 45 GeV = 2

et orrespond aunelimitesuperieurede 251GeV = 2

[7℄a 95%de niveau de onan e.

1.3 La masse des neutrinos revisitee

Au ours de es dernieres annees, plusieursexperien es ont mis en eviden e le phenomene d'os illation de neutrinos d'une saveur a l'autre. Or e hangement de saveur, de rit dans le hapitre 3, n'est possible que si les neutrinos sont massifs. Nous avons vu pre edemment que lesmasses desneutrinossont supposeesnullesdansleModele Standard,puisqu'au unneutrino droitn'yest in lus.Ilfautdon adapterleModele Standarda ette observation.

Leslimitesa tuelles superieuressurles masses destrois typesde neutrinossont de 3 eV = 2 pourles  e ,0.19 MeV = 2 pourle   et 18.2MeV = 2 pour le 

(95% CL) [8℄.Nous savonsque le me anisme de Higgs permet d'engendrer la masse des fermions de matiere via un ouplage de Yukawa entre le hamp de Higgsetles fermionsde matiere :

g l  l L l R !g l v  l L l R m l  l L l R

\ad-ho ". Ilnerend pas ompte ependantde l'absen ed'observation d'une telleparti ule. Lafa onlapluseleganted'introduiredesneutrinosmassifsestle\me anismedebas ule",qui onsisteaasso iera haqueneutrinounsinguletde hiralitedroiteN

R

.Cesinguletalapropriete d'avoirsesnombresquantiquesd'isospinfaibleetd'hyper hargenuls,desortequ'ilestidentique 

a son antiparti ule (N R

est une parti ule de Majorana). Les termes de masse orrespondants peuvent ^etre introduits sous la forme M

R  N C L N R

et viennent s'ajouter aux termes de Dira m D   L N R

.Pour haque famillede neutrinos, lelagrangien omprendalors letermede masse :

L M = 1 2   M  +h: : ave =  L N R ! etM  = 0 m D m D M R ! oum D

est lamasse de Dira , quiliedes neutrinosd'etat d'heli ite gau he a desanti-neutrinos d'heli itedroite, etouM

R

estlamassedeMajorana, liant les &de m^eme heli ite.L'inter^et de e me anisme provient du fait qu'il permet de rendre ompte de la petitesse de la masse des neutrinos onnus tout en expliquant pourquoi le neutrino droit (deMajorana) n'a pas ete observe.Eneet,ladiagonalisationdelamatri edemasseintroduitepre edemment onduita:

M  = 0 m D m D M R ! ! M=U T M  U= m + 0 0 m !

ouU estlamatri e unitairepermettant de passerde labasedesetats propresde saveura elle desetats propresde masse. La matri ediagonale dans ette nouvellebase a alorspourvaleurs propresasso iees :

m  = 1 2 M R M R s 1+4 m 2 D M 2 R ! Dans le as ou M R >> m D

, on a alors une masse tres grande m +

 M R

et une tres petite, attenuee par le fa teur m  m

2 D

=M R

. La petitesse des masses des neutrinos onnus est alors expliqueeparlapresen e d'unneutrinode Majoranamassif.Parailleurs, e dernier,etant trop massif, a e happe a toute dete tion a e jour. L'inter^et d'un tel me anisme est qu'il s'integre logiquement dansles extensions des groupes de symetries de jauge(theories de grande uni a-tion)[9 ℄ou danslasupersymetrie[10℄.

1.4 Con lusion

Leme anismedegenerationdesmassesduModeleStandardimpliquelapresen ed'unboson de Higgsdont lamassedoit ^etre relativement faible. La mise eneviden e d'untel Higgs, oude son absen e, appara^t don un element ru ial de test de validite du Modele. Sa strategie de re her he au TeVatronest de rite dansleChapitre 2.

Le me anisme de Higgs sous sa forme a tuelle ne rend pas ompte du ara tere massif des neutrinos, ara tere quisemble ^etre etabli depuis l'observation d'os illation des neutrinos. Dans e adre,OPERAapporteraune ertitudesupplementairea lane essite de onsidererune extensiondu Modele Standard.Cet aspe t estde rit Chapitre3.

La re her he du Higgs H ! W +

W

dans l'experien e D au Tevatron

Lesre her hesdubosondeHiggssepoursuiventdepuisdeja20ans,sanssu es.Neanmoins, des ontraintesfortesontete pla eessursamasse, notamment apartirdesresultatsdesquatre experien es LEP obtenus entre 1989 et 2000. L'absen e de signal observe onduit en eet a poserque,s'ilexiste,lamasseduHiggsnepeut^etreinferieurea114GeV =

2

(a95%deniveaude onan e)dansle adredumodelestandard[11 ℄,eta91GeV =

2

dansle adresupersymetrique danssaversion minimale(ouMSSM) [12 ℄.

AvantleLHC,seulelaperiodedehauteluminositeduTevatronnommee\RunII"peut per-mettreunere her hedire tedubosondeHiggs.Saportee esttoutefoislimiteeparlenombrede ollisionsproton-antiproton que l'a elerateur peutdelivrer aux deux experien es CDF etD. Ainsi,pouruneluminositeintegree maximalede15fb

1

parexperien e,lamiseeneviden e di-re teduHiggsn'appara^tenvisageablequesi edernierestdemasseinferieurea200GeV =

2 [13 ℄. Bien que de portee limitee, les resultats obtenus dans ette gamme de masse rev^etent epen-dant une grande importan e. En eet, les ontraintes indire tes ( 'est a dire dependantes du adretheorique onsiderepourl'interpretationdesresultats)etabliesparlesmesuresanterieures de LEP, SLAC et de la pre edente ampagne de prises de donnees du Tevatron, ou \Run I", on luentalavaliditedesmodelesexistantsuniquementsiunHiggs\suÆsammentleger"existe: dansle adre standard,leboson ne peut ainsiex eder 251 GeV =

2

,tandisque dans leMSSM, lapresen ed'unHiggsneutredemasseinferieurea130 GeV =

2

estne essaire.Lesresultatsdu Run II pourraient don permettre d'apporterdes indi ations pre ieuses quant a l'existen e ou nondu Higgs, etsurtoutquanta lavaliditedesmodelesutilises.

Danslasuitede e memoire,jepresentelare her hedu Higgsdansle asou ilest suÆsam-ment lourdpoursedesintegrer en pairedebosons dejauge, l'unau moinsde esderniersetant signe par sadesintegration leptonique.Le adre theorique de ette re her he est deni dans la Se tion1,quide ritles modesdeprodu tionetdedesintegration duHiggsainsiquel'ensemble des pro essus onstituant des fonds a notre signal; ette partie s'a heve ave l'etablissement d'unestrategie de re her he propreadete ter lesevenements ontenant unHiggs. LaSe tion 2

duHiggs.Dans e ontexte,j'insistesurles developpementsexperimentaux importantsquant a notre analdere her heauxquelsj'aiplusdire tementparti ipes:l'identi ationdesele tronsa partirdesdete teurspre-e hantillonneurs,ensemblequej'aieteamenea ara teriseret avalider au oursdetestssurfais eaux;la on eption&lamiseaupointd'algorithmesdede len hement de premierniveau desevenements ontenant unele tron.Cette derniereetude a onduit aune redenition de l'ar hite ture de de len hement an d'integrer les pre-e hantillonneurs dans les algorithmesde prisede de isiondeslepermierniveau.

Enn,laSe tion3resumel'etudequej'aimeneeauseindugroupedetravaildere her hedu Higgsau Tevatron on ernant lare her he du Higgsdans le analH !W

 W



. Elle omprend l'etude d'un anal parti ulier et la ombinaison des resultats dans le adre de la publi ation groupee des ollaborations CDFetD [13 ℄.

2.1 Phenomenologie et strategie de re her he

Lesmodesdeprodu tionetles ara teristiquesdesevenements ontenant unbosondeHiggs dependentdu ontextetheorique danslequelon sepla e.Ce adredeniteneet le ontenuen parti ulesetl'intensitedeleurs ouplagesauHiggs,etparsuitel'ensembledesetatsnaux,leurs topologies et leurs se tions eÆ a es. Nous nous pla ons par la suite dans le adre du Modele Standard, modele le plus favorable a lare her he du Higgs dans le anal bosonique. Pourune revuedel'ensembledes modelestestes, on pourra ependant onsulterles Refs[13 ℄[14℄.

2.1.1 Me anismes de produ tion du Higgs

Trois me anismes prin ipaux sont invoques dans la produ tion du boson de Higgs dans les ollisionsproton-antiproton :

{ Le pro essus de fusion de gluons gg !H, quipro edeprin ipalementpar une bou le de quarkstop t etest represente Fig.2.1.1(a). Ilest dominant au Tevatron ave desse tions eÆ a esvariantde1.0a0.1pbpourdesmassesm

H

omprisesentre100et 200GeV = 2

.Il est a noterqu'aux ordressuperieursde latheorie, les orre tions QCD al ulees al'ordre deux (NLO) ontribuent a la se tion eÆ a e pour pres de 60%. L'in ertitude theorique induite surle al ul estsigni ative puisqu'elles'eleve a environ25%.

{ Laprodu tionasso ieedeHiggsquipro edeparlebiaisdelaradiationparunbosonW/Z d'un boson de Higgs : q q ! W

 (Z



) ! H+W(Z) est representee par le graphe (b) de la Fig.2.1.1. Le mode mettant en jeu un bosonW est ara terise par unese tion eÆ a e ompriseentre0.3et0.2pbsurlagammedemasse100m

H

200GeV = 2

.Lepro essus similaireimpliquantle bosonZ demeure un fa teurdeux en-dessous en raison de sa plus faible valeur de ouplage. Bien que ne representant que 20 a 30 % de la se tion eÆ a e totale, la produ tion du Higgs asso iee a un boson est amenee a jouer le r^ole prin ipal

signer lapresen e du bosonparses desintegrationsleptoniques.

Fig. 2.1.1 { Prin ipaux graphes deprodu tionduHiggsauTevatron dansleModeleStandard:a)fusion degluons;b)produ tion asso ieea un boson; ) produ tion asso iee a unepaire defermions

{ La produ tionasso ieeduHiggsave unepairede fermions,etnotammentave unepaire dequarkstop.Lesgraphes orrespondantssontrepresentesFig.2.1.1( ).Lase tioneÆ a e de ette ontributionest environ100 foisplusfaiblequedans lesdeux modespre edents. Son etude n'estenvisagee au Tevatronqu'en raisonde lasingularite desetats naux, qui impliquedeuxquarkstopaisementdete tables,pouruntotalde4jetsenergetiques(qqbb) dont deux issusde l'hadronisationde quarkbottom.

Lesse tionseÆ a es de produ tiondu Higgspresentees jusqu'alorsdependentde samasse m H etdel'energiedisponibledansle entredemassedela ollision.EllessontrepresenteesFig.2.1.2 pour

p

s=2:0 TeV .

Fig. 2.1.2 { Se tions eÆ a esde produ tion du Higgsau Tevatron a p

s = 2 TeV dans le adre du ModeleStandard [15℄

parti ules onnues. La largeur de desintegration d'un Higgs en unepaire de fermions est pro-portionnelleau arre de lamassedu fermion :

f  f /N p 2 G F m H m 2 f 1 4m 2 f m 2 H ! 3=2 ouN C

estlefa teurde ouleur,etvaut1pourlesleptonset3pourlesquarks.Ainsi,aupremier ordrede latheorie, etpourdes masses m

H

en-de a du seuilde produ tionde pairesde bosons, les desintegrations dominantesdu Higgsimpliquent les quarkslourds bottom et harm, suivies dulepton.Lapriseen omptedes orre tionsQCDdansles al uls orrigeunpeu esresultats etaboutita lahierar hiesuivante:BR(

+  )=BR(b  b)10% et BR(  )=BR(b  b)4%. Pour desmasses m

H

au-dela du seuil deprodu tiondespaires de bosons WetZ,la largeurde desintegration duHiggs

VV

(ou V=W,Z)depasse elles du Higgsen fermions.Elles'e rit :

VV /Æ V p 2G F m 3 H (4 4 x V +3x 2 V )(1 x V ) 1=2 =x V ; ave x V  4m 2 V m 2 H ouÆ V

vaut1pourleZet2pourleW.Pourdesvaleursloinduseuil,lalargeurdedesintegration enpairedeWvautainsideuxfoislalargeurenpairedeZ.Lapriseen omptedeladesintegration duHiggsen bosons horsde leur ou he de masse (W

 ;Z



) modieprofondement ette relation etfaitdu anal H!W

 W



le anal dominant bienen-de a duseuilde massede deuxbosons.

Fig. 2.1.3 { Se tions eÆ a es de produ tion du Higgs vs m H

pour (Fig. gau he) gg ! H ! W  W  (ligne ontinue)etZ  Z 

(lignepointillee)et (Fig.droite)q  q 0 !WH ave H!W  W  (ligne ontinue) etZ  Z 

(lignepointillee).L'e hellededroite indiquelenombred'evenements pour30fb 1

Le rapport d'embran hement du Higgs en une paire de W vaut environ 50% a 135 GeV = et s'a ro^tave m

H

jusqu'a 100% pourunemasse m H

orrespondant auseuil de reationde la pairedeWreels.Dans ettegammedemasse,laprodu tiondeHiggsestassureeprin ipalement parle me anisme de fusionde gluons (viaune bou le de quarkstop), ave unese tion eÆ a e totalemaximaleen paires de Wde (pp!H !W

 W  )300 fbet de 20fb pourH!Z  Z  . La produ tion asso iee a un boson, onduisant a un etat nal forme de trois bosons de jauge, n'ex ede pas60fb tous anaux onfondus. Lesse tionseÆ a es desetats naux sont reportees pour la produ tion par fusionde gluons en Fig. 2.1.3(a) et pourla produ tionasso iee en (b) enfon tion dem

H .

2.1.2 Me anismes de produ tion des pro essus de fonds

Lespro essus onstituantunfondauxevenements ontenantunHiggsdemassem H

>135GeV = 2 serepartissent en deux lasses:les \fonds physiques",quise ara terisent parun inventaire -nalsimilairea elui du signal;et les \fonds a identels", d'inventaire dierent maisde se tion eÆ a enettementpluselevee quelesignaletdontl'identi ationerronee ouin omplete onduit 

alasele tiond'unlot statistiquement signi atif.

Laliste d'evenements provenantde fonds physiques omprend:

{ Lesevenements asso iant un bosonave laprodu tiondejets W+n jets:ils onstituent un fondsigni atifdans le as d'etat nal omprenant desjets de hadrons. Ilest a noter quelesgenerateursmodelisentassezmallesse tionseÆ a esde espro essus.Ilfautalors s'en teniraux resultats experimentaux du Run I, qui mesurent elles- ia 470 pb lorsque n 1 et 100 pb pourn 2. Ces hiresrepresentent un taux de produ tionattendu de plusde 100 foissuperieur a eluidu signal.

{ Lesevenements Drell-YanetZ in luant desleptons  dansl'etat naltelspp!Z( 

)! 

+

 : ilssont importants dans le as ou les deux bosons issus du Higgssont re her hes par leurdesintegration leptonique.La se tioneÆ a e orrespondante(pp)!Z+X est d'environ200 pb.Ce fonddoit^etre etalonn e apartir desdonnees elles-m^emes.

{ Les evenements di-bosoniquespp!WW ; WZ; ZZ :ils onstituent les fonds prin ipaux 

a notre re her he en raison d'un inventaire nal identique a notre signal. Leur se tion eÆ a e devrait ependant ^etre determinee pre isement au Run II. Les valeurs attendues s'e helonnent de 11 pb pour la produ tion pp ! W

+

W , et a 3.6 pb & 1.2 pb pour les 

evenements pp!WZ &pp!ZZ.

{ Les evenements issus de la produ tionde quarks top, qui onstituentegalement un fond 

a un signal omprenant desjets dansl'etat nal.Cespro essus in luent laprodu tionde pairesdequarkstopselonlarea tionpp!t

 t!W

+ bW



b,ainsiquelaprodu tionsimple de topvia pp!t



b.Les se tionseÆ a es de espro essus sont predites respe tivement a 8.0 pbet 2.9pb.

Ilest onstitue par la produ tion par intera tion forte de partons produisant dans l'etat nal unepairequark-antiquarkpp!q q(g) etunouplusieursgluon(s)radie(s).Ilestsouventappele \fondQCD".Cepro essussetraduit parl'apparitiond'etats naux omposes deplusieursjets departi ules, issusde l'hadronisationdequarkslegers (quarksu,d,s),de quarkslourds(quarks b, ) ou de gluon(s) radie(s) par un parton de l'etat initial ou nal. Il est a noter que la pro-portion de jets issus de quarks lourds n'est que de 1/1000, limitant la presen e de leptons ou de neutrinosissusde desintegrations semi-leptoniquesdes quarksb et .Cesjets sont produits prin ipalementversl'avantdudete teur,etsontleplussouvent ara terisesparunefaible mul-tipli ite dehadronsde grande impulsiontransverse.

Bienqued'etatnaletdetopologiedistin tsdusignal,lefondQCD onstitueunfondenraison d'unese tioneÆ a edeplusieursordresdegrandeurpluselevee que elledusignal.Extrapolee 

apartir desvaleursmesureesau RunI, lase tion eÆ a eQCD estestimee a 50 millibarnpour le Run II. Or l'identi ation d'un jet hadronique omme ele tron a ete mesuree au ours du Run I ave une frequen e d'environ 10

4

. Cette identi ation erronee provient leplus souvent de l'asso iationfortuite d'undep^ot d'energie mesure dans le alorimetre et provenant de pions neutres,etd'une tra e hargee re onstruitedansle traje tographe. Ce defauta onstitue l'une desmotivations pour l'insertion d'un nouvel ensemble de traje tographes a l'interieur d'un ai-mant solenodala D,ainsi que pourl'installationd'un nouveau dete teur de piedsde gerbes olle a laparoiinternedu alorimetre ( f. Se tion2.2). Ces ara teristiques montrent toutefois l'importan e de la dete tion d'ele tron(s) de grande impulsion dans le plan transverse des les premiersniveaux dede len hement.

2.1.3 Strategie de re her he du Higgs dans le anal H!W +

W

Dans le adre de notre anal parti ulier, nous re her hons un Higgs de masse superieure a 135 GeV =

2

sedesintegrant en pairede bosons W. Le premiermodese ara terise par unetat nal ompose de deux bosons W sele tionnes par leur desintegration en lepton-neutrino et en deux jets (W  W  ! l l

jet jet), qui represente 28% des desintegrations totales des paires de WW. Le se ond mode de re her he est dedie aux desintegrations purement leptoniquesdes W (W  W  !l l l l

), orrespondanta4%dutotal,danslequelleleptonestunmuonouunele tron. Desetudesin lusivestri-leptonsont egalementete menees et ombinees aux2 premieres.

Danstousles as,l'analysereposesurunegrandeeÆ a itededete tiondesleptonsdegrande impulsiontransverseetdemesuredel'energiemanquante,signedelapresen edeneutrinos.Les fondsprin ipauxal'analysesontalorslespro essusimpliquantlequarktop(seulouenpaire)et laprodu tiondi-boson. Dans e dernier as, la orrelation de spindes bosons,qui semanifeste dansladistribution angulairedesleptonsen lesquelsilsse desintegrent, peut^etre utilisee pour a ro^trelepouvoir dis riminantde l'analyse.

En vue du Run II, Fermilab a onduit un programme de renovations de grande ampleur de la ha^ne de produ tionetd'a eleration des protonset antiprotons du Tevatron.L'obje tif vise est un a roissement de la luminosite delivree auxpoints de ollisions d'unfa teur 20 par rapportau Run I, etunemontee de l'energie dansle entre de massede la ollisiona 2.0TeV. Ces nouvelles onditions de prise de donnees ont onduit a de profondes modi ations des deux dete teurs CDF et D. En vue du Run II, l'experien e D s'est ainsi engagee dans un programmede revisionetd'ameliorationsigni atifde ses apa ites de dete tion dans tous les domaines: renfor ement du se teur- lef de la re onstru tion des tra es de parti ules hargees, ave un tout nouvel ensemble de traje tographe et dete teur de vertex; amelioration de la dete tion desmuons ave l'extensionde la ouverture des hambres de dete tion;amelioration des apa ites d'identi ationdesele trons ave l'installation de dete teurs de pieds de gerbes. La ollaboration aegalement onduitunerevision ompletede l'ele tronique d'a quisition an de s'adaptera l'augmentationdu nombre de paquets pp en ir ulation et a laredu tion du tempsentredeux ollisions.

Dans e hapitre,jepasse toutd'abordenrevueles ara teristiques prin ipalesduTevatron au Run II. Je de ris ensuite brievement le dete teur D dans sa globalite,en insistant sur les 

elements pertinents dans la perspe tive generale de re her he du Higgs. J'insiste alors sur les developpements experimentaux lefs propres a notre anal de re her he, et auxquels j'ai plus dire tement parti ipes: il s'agit de l'identi ation desele trons a l'aide du dete teur piedsde gerbes, dete teur ara terise etvalideau ours detestssur fais eaux,etde lamiseau point du de len hementdepremierniveauasso ieauxevenements ontenantun(ouplusieurs)ele tron(s). Dans e adre,j'aiete onduitatravaillertantauniveaudel'ele troniquedele turedudete teur depiedsde gerbesqu'a eluiplusglobaldel'elaborationd'algorithmesbasessurla ombinaison desinformationsprovenant de plusieurssystemes dedete tion.

2.2.1 Le ollisionneur pour le Run II

Unepresentationgeneraledes hangementsprevuspourla ha^nedeprodu tionetd'a eleration du Tevatron en vue du Run II peut^etre trouvee dans les Refs. [26 ℄[27 ℄[28℄[29 ℄ et est resumee danslaRef.[14 ℄. Dansun ollisionneur ir ulaire,la luminosite instantanee s'exprime omme:

L= N p N  p f 0 2( 2 p + 2  p ) H     l   1+(  l 2 t ) 2  1 2 ouf 0

est lafrequen ede revolution,N p

(N  p

) lenombre total de protons(antiprotons) ir ulant danslama hine,et

p (

 p

)lavarian eau arredelase tiondespaquetsdeprotons(antiprotons) dansleplanorthogonala leurtraje toire (dire tionsxety). H estun fa teurde formerendant omptedeseetssurLdelalongueurniedespaquets(

l

)aupointde ollisionetdelavaleurde lafon tion,notee 



parla onguration des hampsdes aimants quadripolaires.  

a ladimension d'unelongueur. Le dernierterme rend omptede la presen e d'un angle de roisement  entre les fais eaux au pointde ollisionetdependde lavarian edelalongueurdespaquets

l

ommede elledeleur tailletransverse t ,moyennede p et  p

.D'apres etterelation,lesprin ipaleslimitationssurla luminosite L sont don , au premierordre,le nombre de parti ulesen ir ulationdans l'anneau de ollisionN

p etN

 p

,etla tailledesfais eaux au arre selonles deux dire tions horizontale et verti ale 2 p et 2  p .

Phase Run Ib RunII

Conguration despaquets pp (66) (3636) Energie dm ollision(TeV) 1.8 2.0 Luminositeinstant.( m 2 :s 1 ) 0:1610 32 0:8610 32 Luminositeintegree (pb

1 = 7j) 3.2 17.3 Nb protons/ paquet 2:310 11 2:710 11 Nb antiprotons/ paquet 5:510 10 3:010 10 Produ tionantiprotons/ hr 6:010 10 2:010 11   ( m) 35 35

Emittan e protons(mm-mrad) 23 20 Emittan e antiprotons (mm-mrad) 13 15 Longueurpaquetp( m) 60 37 Duree entre roisements (ns) 3500 396 Nb intera tions/ roisement 2.5 2.3 Tab.2.1{ Parametresprin ipauxdefon tionnementduTevatron[28 ℄

Le tableau 2.1 repertorie les prin ipauxobje tifs du Tevatron au Run IIen terme d'energie et de luminosite, omparees aux ara teristiques de la se onde phase du Run I de 1993 a 1995. Le premier hangement reside dans l'a roissement de 200 GeV de l'energie disponibledans le entre de masse de la ollision. Cette augmentation est signi ative ar elle orrespond a une hausse de pres de 40% de la se tion eÆ a e attendue pour la produ tion de paires de quarks top. Elle orrespond aussi a une hausseattendue de 20% de elle d'un boson Higgs standard. Ellerepose essentiellement sur l'installationde nouvelles avites a eleratri es radio-frequen e (RF)dans l'anneaudu Tevatron.

L'a roissement de laluminosite repose essentiellement surl'a roissement du taux de produ -tionhoraired'antiprotonsd'unfa teurdeuxparrapportauRunIetlaredu tiondel'emittan e des fais eaux. Durant ette phase sont mis en ir ulation 36 paquets de protons et d'antipro-tons separes en moyenne de 396 ns, pour une luminosite instantanee visee typique de 0:9 10 32 m 2 :s 1

. En n de Run II, la onguration de la ma hine devrait ^etre modiee pour le passage a 140 paquets de protons et 105 d'antiprotons, sans redu tion du nombre de parti- ulesparpaquet. Le Run IIdans sapremiere phase est suppose s'etendre sur7 a 8 ans etvise

l'obtention d'untotal integre de 2 a5 fb parexperien e.

2.2.2 Ensemble de dete tion de l'experien e D

L'experien eDestde ritedefa on ompletedanslaRef.[30 ℄.Unevueglobaledudete teur estpresenteeFig.2.2.4.Le dete teurse omposed'unepartie entrale,de forme ylindrique ou-vrant la region jj  1:1 en pseudo-rapidite, ave   ln(tan(=2)) en fon tion de l'angle polaire . En partant du entre, ette partie omprend un dete teur de vertex et un traje -tometre pla es a l'interieur d'un aimant solenodal supra ondu teur engendrant un hamp de 2Teslas.Cet ensembleesten astredansle ryostatde alorimetresaUraniumetArgonliquide d'environ 3 m de diametre. Le ryostat lui m^eme est entoure de hambres proportionnelles a derive utilisees pourladete tion etla mesurede l'impulsiondesmuons. Le dete teur estferme pardeux alorimetres\bou hons" ouvrant laregion 1:1jj4:0.

Fig. 2.2.4 {Vuelongitudinaledu dete teur DpourleRunII

2.2.2.1 Les dete teurs de tra es et de vertex

Lesdete teursdetra epermettentlare onstru tiondestraje toiresasso ieesaupassagede parti ules hargees, ainsi qu'une mesure de leur impulsiona partir de leurrayon de ourbure.

danslaseparation entreparti ules hargees etneutres,etdans lamesure du uxd'energie.La te hnologie utilisee est basee sur l'usage des bres s intillantes. D'ar hite ture ylindrique, 8 double- ou hesde brespla eessur unestru tureen Berylliums'etendent surunelongueurde 250 mselondesrayonsallantde11a50 m.Deux ou hesde bresvoisinesformententreelles unanglestereode1.5degresandefournirunelo alisationtri-dimensionnelledespointslaisses parle passage des parti ules hargees jusqu'a jj 1:5. La resolution pon tuelleest d'environ 100 m.

Fig. 2.2.5 {Vuedu dete teur deVertex SMTaD

Lare onstru tiondevertexest ru ialedanslare her heduHiggsleger arellepermetdereperer le passage d'une parti ule a temps de vie plus long omme les hadrons B, qui peuvent voler jusqu'a une distan e de quelques millimetres. Le dete teur de vertex est en hasse a l'interieur du dete teur de tra es ets'etend sur unelongueur de 64 m, entre sur lepoint d'intera tion. Sa stru ture entrale est omposee de 6 modules formes ha un d'un tonneau et d'un disque. Chaque tonneau est onstitue de supports en Beryllium a ueillant 4 ou hes de dete teurs Sili ium, permettant une re onstru tion tri-dimensionnelle des harges deposees au ours du passagedeparti ules hargees.Chaquetonneauestfermeparundisquede oupeen12se tionset re ouvertdedeux ou hesdedete teursaSili ium.UnevueglobaleenestrepresenteeFig.2.2.5. Les modules entraux sont ompletes par un ensemble de 10 disques perpendi ulaires a l'axe dufais eau etsitues ades distan ess'e helonnant entre 45 m et 126 m depart etd'autre du pointde ollision.Ils assurent lare onstru tion destraje toiresjusqu'a jj=3.

Lesperforman es de etensemblede deuxsous-dete teurspermettent d'atteindreuneeÆ a ite dere onstru tionde95%pourlesparti ulesdeplusde1.5GeV/ .Laresolutionsurleparametre d'impa testde l'ordrede 40 menr et100 men z.

Initialement on u en l'absen e d'un hamp magnetique entral, le alorimetre [30 ℄[33℄ est l'element entraldudete teurD.Iljouedeuxr^olesfondamentaux:lamesured'energiedes par-ti ulesele tromagnetiqueset desjets,etl'identi ationdesele trons, photons,muonspresents dansl'evenement.Gr^a eaunebonne ompensation(reponseele tron/hadron1)etunebonne hermiti ite(jj4:5),le alorimetre,in hangedepuis1989,demeurelepointfortdel'experien e envue duRun II.

Fig. 2.2.6 {Vuedestrois alorimetres ( entraletbou hons)deDdansleur ryostat

Le alorimetre de D est un alorimetre a e hantillonnage : le milieupassif (absorbeur) dans lequel se developpent les gerbes ele tromagnetiques et hadroniques est onstitue de plaques d'Uranium appauvri, tandis que le milieu a tif, permettant l'e hantillonnage de l'energie des gerbes, est onstitue d'Argon Liquide.

Le alorimetreest omposedetroismodulespla es ha unal'interieurd'un ryostatindependant: unmodule entral,qui ouvrelaregionjj1:0etdeuxmodules\bou hon",quis'etendent jus-qu'ajj=4:5(Fig.2.2.6).Chaquemoduleest omposedequatrese tionsouetagesquidierent par leur granularite et la nature du materiau absorbeur : une se tion ele tromagnetique, une se tion hadronique ne etune se tion hadroniqueformee d'absorbeurs plus larges. Les quatre 

sation provoque parle passage d'une parti ule hargee. La se tion ele tromagnetique est ainsi unesuperpositionde trois ou hesde ellules,dont la granularite est laplusnea l'endroitde l'extensionlongitudinalemaximalede lagerbe.Les troisetages sont lus selondestours proje -tivesde dimensions

=0:10:1 dansl'espa e(;).La tailledes ellulesaete xeede fa ona orrespondrealataillereellerespe tivement d'unegerbeele tromagnetique (1-2 m)ou hadronique(10 m).Lesperforman esdu alorimetreele tromagnetique entermede resolution ont ete mesurees pourdesele tronsau ours duRun I:

 E E =0:003+ 0:157 p E(GeV) + 0:140 E(GeV)

La resolution en position sur le pointage des ele trons a partir du alorimetre, obtenue ave l'elaboration duprolde lagerbe,estde l'ordredu millimetre.

2.2.2.3 Les dete teurs de muons

Le systemede dete tion de muons[34 ℄[35 ℄a pourbutl'identi ationetladeterminationde l'impulsiondesmuons.Commepourl'ele tron,leurdete tion est ru ialedansles ollisionneurs hadroniques, ar un muon peut signer l'o urren e de parti ules lourdes omme le Z ou le W omme elledequarkslourds(b, )sedesintegrantsemi-leptoniquement.Lesystemededete tion desmuonsdeDestbasesurplusieursensemblesde hambresproportionnellesdetubesaderive situeesen-de a etau-delad'aimantstorodauxen fer.Cinqaimantssont installesetengendrent des hamps de l'ordre de 2 T : l'un dans la region entrale jj  1:0, deux aux extremites du dete teur(1jj2:5)etdeux pourlestrespetitsanglesentre 2:5jj3:6. Lesystemede dete tion desmuons est omplete parl'installationde ou hes de plastique s intillantplaquees 

al'interieurdelaparoidu ryostat du alorimetre entral.Ilspermettent ladete tion demuons d'impulsioninferieure a 4 GeV, trop peu energiques pourtraverser le alorimetre et atteindre les hambres aderive.Les muonssont alorsre onstruits par ombinaisonave les informations dudete teur de tra es. La ouverture omprend aussidesplansde s intillateurs danslaregion desbou hons,autorisant lede len hement surdesmuons jusqu'ajj3:6.

2.2.3 Identi ation des ele trons : les dete teurs de pieds de gerbes

Lesdete teursdepiedsdegerbes,egalementnommespre-e hantillonneurs,sontdeselements nouveaux a D [36 ℄[37℄. Le pre-e hantillonneur entral, ou CPS pourCentral Pre-Shower, est pla e sur la paroiexterne du ryostat du alorimetre, juste derriere l'aimant solenodal. Deux pre-e hantillonneurs xes sur la paroi externe des ryostats des bou hons, dans la region de granderapidite,formentquantaeuxleFPS,ouForwardPre-Shower.J'aieteameneaparti iper dire tement aux tests et a la ara terisation en fais eau de e dernier, dont les resultats sont in lusdansledo ument de referen e te hnique(TDR) orrespondant[37 ℄.

mesurede l'energie parle alorimetre seul,duea lapresen e de l'aimant entral. Cedete teur permet don lepremiere hantillonage de l'energie d'ousonappellation. Ilpermetd'autre part d'identierlesparti ulesen exploitant lesdieren esdansles me anismes dedeveloppementde gerbesdeshadronsd'une part,etdesele trons etphotonsd'autrepart.

Fig.2.2.7{S hemadesdete teursdepieddegerbe.(a)Vuelongitudinaledudete teur entralmonteal'arriere del'aimantsolenodal(CSP), etdu dete teur pla e surlaparoi dubou hon du alorimetre (FPS) (b) Vuedans leplan transversedu CPSave zoomdes3 ou hesdes intillateurs triangulaires

Lespre-e hantillonneurs sont omposes depistes triangulairesplastiquesde6 mmde ^ote etde 7.5mmdebasequi onstituentlemilieus intillateur.Lespistessonttraverseesenleur entrepar unebre s intillantea de alagespe tral quidepla ela longueurd'ondedesUltra-Violet vers le visible.Desbres lairesdeplusieursmetrestransportentalorslalumierevisibleversles assettes des photo-diodes [39 ℄ (VLPC pour Visible Light Photo-Counters) sur lesquelles sont montees les artesd'a quisitionet de de len hement.Utilisesave ungain de 40000 a 50000, les photo-diodes alimentent l'ele tronique d'a quisition sur une gamme allant d'une fra tion de MeV, orrespondantaupassaged'uneparti uleauminimumd'ionisation,ouMIPaquelques entaines de MeV pour les harges orrespondant au developpement de gerbes ele tromagnetiques [37 ℄. Cesphoto-diodesfon tionnent a temperaturede l'Heliumliquide.

lindrique de 2.6 m de longueur ouvrant ompletement l'aimant solenodal; il est s hematise Fig.2.2.7. Il onsiste en trois ou hes de pistes triangulaires, l'unefournissant la mesure longi-tudinale,les deux autres formant un angle stereo entre elles, permettant la re onstru tion tri-dimensionelledespoints. L'a quisitionest organisee de telle sorteque les signaux dudete teur pieddegerbesontlusparlesm^emes artesele troniquesque ellesutiliseespourledete teurde tra es(divisanten80se teursenles2 dudete teur).Ilenresultequelamiseen oin iden e entre un dep^ot dans le pre-e hantillonneur et une (ou des) traje toire(s) hargee(s) est ren-duepossibledeslepremierniveau de de len hementde l'enregistrement desevenements. Cette ara teristique s'avere tres utile pour reduire la probabilite de de len hement d'un evenement multi-jetsdont un hadronauraitete faussement identie omme unele tron en l'absen ede e dete teur(voir Se tionsuivante).

Fig. 2.2.8 { S hemadudete teur depiedde gerbe omplet dans la region des bou hons. Il est forme de 16 modules (dont un est symbolise en noir) de 4 ou hesde s intillateurs ha un

Fig. 2.2.9 { S hema d'un module (1/16) du dete teur de pied de gerbe : 2 ou hes de s intilla-teurssont situees avant le radiateur en Plomb, et 2 ou hessontsitueesal'arriere

Dans la region des bou hons, le pre-e hantillonneur ouvre la region 2:0 < jj < 2:5 et est de oupe en 16 modules de 22.5

0

de large. Base sur la m^eme te hnologie que dans la region entrale, e dete teur estxe surlaparoidu ryostatdu alorimetrebou hon.Ilest s hematise surla Fig.2.2.8 etphotographie Fig. 2.2.10. Chaque module est ompose de quatre ou hesde plastiques intillant deformetriangulaire,representees Fig.2.2.9 etFig. 2.2.11, deuxen amont d'une ou he deradiateurenPlombde 2longueursderadiation(X

0

les deux dernieres mesurent l'extension et l'energie de la gerbe EM initiee dans le Plomb. Les pistesdes ou hes1et3sontorienteesselonunanglede+22:5

0

(pistesu)parrapportauxpistes des ou hes 2 et 4 (pistes v), assurant ainsi le reperage bi-dimensionnel des dep^ots d'energie. Les ara teristiques prin ipalesdesdeuxdete teursinstallessurles deux ryostatsNordetSud des alorimetres de D sont reportees dans la Table 2.2. Un ele tron traversant le dete teur est repere par la on iden e entre un dep^ot d'energie avant le radiateur et le developpement d'unegerbeenaval.Lesphotonsnelaissentpasdedep^otavant lePlomb,tandisqueleshadrons harges et les muons n'engendrent pas de gerbe EM dans le radiateur. Dans le as des pions neutres se onvertissant dans les sous-systemes internes (environ 30% des pionsneutres emis), ladieren e dans leprolde lagerbe provenant de la desintegration 

0

! est utilisee pour ladistinguerdesele trons [38 ℄.

Nombre de dete teurs 2 (Nord etSud) Rayon interne/externe 200 / 1536 mm Couverture en 1:5jj2:5 Segmentationen  1622:5

0

Segmentationen z 4 ou hes(2 ou hes-u, 2 v)

Absorbeur Plombde 2X

0 Materiel a tif s intillateurplastique

Le ture bresa de alage spe tral, laires,VLPC Quantite delumiere /MIP singulet:11 p.e. (75fC),doublet:14 p.e. (90fC) Gains duVLPC 38-40000 ( ou hes 1et 2),29-31000 (3 et4) Nb de anaux ou hesMIP 2 x3168 (Nord etSud)

Nb de anaux ou hes\gerbe" 2 x4316 (Nord etSud) Nb de anauxtotal 14968 (Nord etSud)

Tab.2.2{ Liste desprin ipauxparametres du dete teur de pied de gerbe

Lesprolsdegerbesele tromagnetiquesainsiqueladependan edel'energiemesureeenfon tion del'energievraiedelaparti uleonteteetudi esapartirdefais eauxdepionsetd'ele trons[38 ℄. Les gerbes d'ele trons de 70 GeV traversant le dete teur sont representees Fig. 2.2.12 et sont ompatiblesave lesresultatsdesimulations.Lagure demeritedudete teur depied degerbe est donnee par l'eÆ a ite d'identi ation des ele trons ou de photons, et par le pouvoir de separation ele tron/pion. Apresvalidationdes simulations, les eÆ a ites d'identi ation parle FPS sont reportees sur la Fig. 2.2.13 en fon tion de l'energie et de la nature des parti ules, 

ele trons, pions harges et neutres. Pour une eÆ a ite superieure a 90%, une reje tion d'un fa teurdeuxatrois estobtenue surles pions.Cefa teurde reje tion s'ajoutea elui obtenuen utilisant laformede lagerbe re onstruitedans le alorimetreseul.

Fig. 2.2.10 { Vue du dete teur de pieds de gerbes monte sur la paroi du ryostat du bou hon du alorimetreele tromagnetiqueavantfermeture du dete teur

module (1/16) du dete teur de pieds de gerbes ave lesbres lairesutiliseespourle heminementdes si-gnaux(Test fais eau,Juin98)

Fig. 2.2.12 { Prol de gerbe ele tromagnetique orrespondant au passage d'ele trons dans le pr e-e hantillonneur\bou hon"

Fig.2.2.13{EÆ a itedesele tiondesele tronset pionsdanslepre-e hantillonneur\bou hon"en fon -tionde leurenergie[37℄

jets identiespar erreur omme ele trons [43℄, et a onduit a in lureles informations du FPS danslaprisede de isionde premierniveau.

2.2.4 Ensemble de de len hement des ele trons

Comptetenudunombrede ollisionsinelastiquesetdelafaiblese tioneÆ a edesevenements d'inter^et, l'integration d'un systeme de de len hement et d'a quisition spe ique aux topo-logies du signal re her he est indispensable. En vue du Run II, l'installation de nouveaux sous-dete teurs et la redu tion du temps entre deux ollisions de 4.2s a 396 ns ont onduit 

auneredenition ompletede l'ar hite turedude len hementetdela ha^ned'a quisition.Ma ontribution prin ipale a onsiste en la on eption et la validation d'algorithmes devolus a la dete tiondesevenements ontenantunouplusieursele trons,etapermisdedemontrerl'inter^et d'ajouter les informations des dete teurs de pied de gerbe dans l'ar hite ture du niveau 1 de de len hement.Mona tivites'estrepartieainsi:laprogrammation,lasimulationetl'evaluation desperforman esdesalgorithmesdeniveau1developpespourles artesanalogiques(FPGA)du dete teurdepiedsdegerbesFPS(timing,miseenforme,transfert,o upation)[40 ℄;la on ep-tionetlasimulationd'algorithmesdede len hementpourele tronsetphotonsdeniveau1bases surle alorimetreetlesdete teurspiedsdegerbes[41 ℄,ainsiqueledeveloppementd'algorithmes spe iquesauxele tronsdefaibleenergieprovenantdesdesintegrationsduJ= !e

+

e [42 ℄;la denitionetlasimulationd'algorithmesdeniveau1global,appeles\pseudo-termes", onstruits 

a partir des ombinaisons de l'ensemble des sous-dete teurs de l'experien e au sein du groupe \De len hement" de D [43 ℄. J'ai aussievalue l'impa t des algorithmes bases sur ladete tion d'ele trons mousen termes de physiqueduB, ommelamesure de sin2 [44 ℄.

2.2.4.1 Ar hite ture de l'ensemble de de len hement de D

L'ar hite ture du de len hement (Fig. 2.2.14) a pourobjet de ltrer les donnees d'un taux de 2.5 MHz orrespondant a la frequen e moyenne des ollisions, a 50 Hz taux d'evenements nalement enregistresen vue del'analyse. Elles'organise autourde trois niveauxde ltrage.

Lede len hementde niveau1 operesanstempsmortauntaux de2.5MHz. Lade isionest priseen moinsde 4.2s etletaux d'evenements maximal, xe parletemps mortdudete teur de vertex, est de 5 a 6 kHz. L'ele tronique d'a quisition de ha un des systemes integre des \pipelines" (sortes de memoires tampon) permettant la memorisation de 32 roisements sans temps mort. La logique de niveau 1 des algorithmes est pre-programmee a l'aide d'une serie de pro esseurs lo alises a m^eme la arte frontale d'a quisition de l'appareillage. Cette logique s'appliqueaux signaux analogiques de ha un des anaux dudete teur et envoie un signal par se teur geographique a la arte mere de niveau 1. La arte mere re ueilleles informations en provenan e des se teursgeographiquesdes quatre dete teursprin ipaux(le traje tographe, les pre-e hantillonneurs, le alorimetre, et les dete teurs de muons) et denit un ertain nombre

des termes formes est logiquement vrai, unede ision positive de niveau 1 est alors renvoyee a haque sous-systeme et les informations numerisees mises en memoire sont transferees vers le de len hement deniveau 2.

Fig. 2.2.14 { Ar hite -ture du systeme de de len hement deD.Les ontraintessurlestaux d'evenementsetladureedeprisede de isionsontindiqueesa haque ni-veau.

Le niveau 2 est base sur un usage intensif de traitements paralleles. Ilest organise autour d'un niveau pro esseur global qui opere sur les listes d'objets fournies par les pre-pro esseurs spe iquesauxdete teursetfon tionnantenparallele.Cetteliste(dep^ots alorimetriques,points dans les hambres a muons et s intillateurs, tra es dans les dete teurs entraux, dep^ots dans les pre-e hantillonneurs, vertex depla es dans les dete teurs de vertex) est formee en environ 50 s et envoyee au niveau global par des onne tions rapides (320 MBytes/s). Le r^ole du pro esseur global est alors de ombiner es informations et de former des objets physiques omme les ele trons, les muons, les jets hadroniques, les jets asso ies a un vertex. Utilisant la duree disponiblepour appliquer des riteres plusraÆnes qu'auniveau pre edent, il autorisela lo alisationtri-dimensionnelledesdep^ots,lamiseen on iden ededep^ots alorimetriquesave les tra es des dete teurs entraux et les signaux du pre-e hantillonneur, la determination de l'isolation et du rapportE/p pourles ele trons, laseparation et la fra tion ele tromagnetique des jets ou en ore la dete tion de tra es de grand parametre d'impa t. La de isionglobale du niveau 2 estprise sur ette liste en moins de 100 s pourun taux d'evenements a epte limite

Surunede isionpositiveduniveau2,lesinformationsnumeriseesduniveau1sonttransmises integralement au niveau 3.Elles sont ainsi traitees independamment du niveau pre edent dans unefermede pro esseurs, atravers unesuitede ltres.A e niveau,les objetsde niveau 3sont formesen plusieursdizainesde millise ondes,pouruntaux d'evenementsa eptesetsto kesen memoire de 50 Hz environ.

2.2.4.2 Le de len hement des ele trons auniveau du pre-e hantillonneur

Chaque arte de le ture des photo-diodes VLPC regroupe les signaux en provenan e d'un des16modulesen(Se tion2.2.3). Cha uned'entreelles omprendles992=198 anauxde le ture orrespondant aux ou hes orientees u etv pre edant le radiateur, etles 1372=274 anauxsituesderrierela ou he dePlomb.

Fig. 2.2.15 { S hema de le ture de la arte analogique-numerique du pr e-

e hantillonneur.

Lesignallumineuxd'un analest onvertietamplieenimpulsionele triqueparlaphoto-diode ave ungain orrespondanta100 fC/MIP.Unefra tionde esignalestutiliseepour^etre lueen parallele pardeux bran hes omposees ha une de mi ro-pro esseurs analogiques (SIFT) pour la mise en forme et la dis riminationdu signal, et de ir uits (SVX-II) pour sa numerisation (voir Fig. 2.2.15). Une des bran hes a fort gain est utilisee pourla mesure des petites harges (fra tion de MIP), tandis quela se onde, de faiblegain,est utilisee pour lamesure de harges orrespondantaplusieurs entainesdeMIP(gerbe).Pour ha unedesdeuxbran hes,leseuildu dis riminateurestajusteindependamment,permettantdesleniveauanalogiquedesignalersoit l'o urren ed'unsignaltresfaible, orrespondantaupassaged'unpion hargeoud'unmuonpar exemple, soit un dep^ot d'energie plusimportant provenant du developpement d'une gerbe.La sortieanalogiquealimentealorsunensemblede pu esele troniquesdanslequelestprogrammee lalogiquede de len hement. Ilest anoter que les seuilsxesrepresentent un ompromisentre