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Accueil > Recherche > Quarks et leptons > Physique des Particules dans CMS (expérience LHC au Cern) > Activités 2015-2020 : Run 2 - Long Shutdown 2

Physique des Jets et énergie manquante

Qui travaille sur ce thème en ce moment à l’IPNL :

• Viola Sordini (CNRS, bâtiment Dirac, bureau 118)
• Andrey Popov (post-doc depuis 2015, bâtiment Dirac, bureau 116)
• Hugues Lattaud (Université Lyon1, en thèse de doctorat depuis octobre 2016, bâtiment Dirac, bureau 116)

Les étudiants qui ont travaillé sur ce thème pendant leur thèse (depuis 2014) :

• Sébastien Brochet (Université Lyon1, thèse soutenue en juin 2014. Post-doctorant depuis janvier 2015 au Center of Cosmology, Particle Physics and Phenomenology (CP3) de Louvain, en Belgique.
• Anne-Laure Péquegnot (Université Lyon1, thèse soutenue en septembre 2016, Post-doctorante au CEA Saclay depuis début novembre 2016, dans le Laboratoire Modélisation et Simulation des Systèmes (LM2S)
• Elvire Bouvier (Ecole Normale Supérieure de Lyon, thèse soutenue en juillet 2016, post-doctorante à l’Université de Californie, Riverside, depuis juillet 2016)

Les stagiaires qui ont travaillé sur ce thème (depuis 2014) :

• Alberto Salas Mellado (Université de Salamanca, Espagne) - stage M1 en 2015


  • Introduction

Dans l’environnement hadronique des collisions proton-proton au LHC, un des plus grands défis et une étape fondamentale pour la réussite du programme de physique est la bonne reconstruction des jets, qui sont la manifestation expérimentale des quarks et des gluons. Il est également crucial de reconstruire correctement l’énergie transverse manquante (MET), manifestation expérimentale des particules invisibles dans le détecteur.
Au-delà de son intérêt physique intrinsèque, la compréhension des jets est très importante pour les analyses de physique : en effet, beaucoup de processus utiles pour étudier le Modèle Standard et au-delà, comportent des états finals avec des jets.

Les jets sont des objets complexes et variés : l’hadronisation d’un quark ou d’un gluon donne lieu à plusieurs produits de désintégration qui sont confondus dans un jet d’énergie observable dans le détecteur. Pour un événement, chaque particule est reconstruite dans CMS avec l’algorithme dit de "Particle Flow". L’ensemble des particules d’un événement est ensuite traité par des algorithmes de "clusterisation" pour en faire des jets. L’étude de ces algorithmes est un domaine très actif au sein des communautés expérimentale et théorique de la physique des particules.
L’IPNL est historiquement engagé dans les études des jets et d’énergie manquante.

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Un exemple d’un événement enregistré par CMS avec un nombre important de jets (10), montrés par des cônes jaunes. Les lignes vertes sont les traces des particules chargées et les tours rouges et bleues les dépôts d’énergie dans les calorimètres électro-magnétique et hadronique, dépôts dus aux particules composant les jets.


  • Jets et empilement

L’empilement, la présence de collisions proton-proton additionnelles, se superposant à l’événement intéressant pour les analyses de physique, est un des défis majeurs au LHC, strictement lié à l’augmentation en luminosité instantanée. En 2014, l’IPNL (Elvire Bouvier et Viola Sordini) a participé à des études de performances de méthodes innovantes spécialement développées pour le Run 2.


  • Echelle et résolution en énergie des jets

Un des défis de la compréhension des jets est la reconstruction correcte de leur énergie, ce qui est crucial pour plusieurs analyses de physique, les incertitudes sur l’énergie des jets étant pour certaines mesures la source principale d’incertitude systématique.
L’IPNL (Viola Sordini) a eu, de janvier 2015 à janvier 2017, la responsabilité du groupe de travail "Jet Energy Corrections and Resolution" (JERC) de CMS, qui a comme mission la détermination de la calibration en énergie des jets. En particulier, le groupe de l’IPNL y a contribué avec les études suivantes :

• Extraction des corrections en énergie des jets dans des événements avec un photon et un jet (Sébastien Brochet, Hugues Lattaud Viola Sordini, en collaboration avec l’Université de Roma La Sapienza - Italie)
• Extraction des corrections en énergie des jets dans des événements avec production d’un grand nombre de jets, dont un de très haute énergie,de l’ordre du TeV (Anne-Laure Péquegnot, Andrey Popov, Viola Sordini)
• Etude de la réponse en énergie pour un jet en fonction de la probabilité que le jet soit issu d’un quark léger u,d,s, d’un quark lourd c, d’un quark lourd b ou d’un gluon (Anne-Laure Péquegnot, Alberto Salas Mellado, Viola Sordini, en collaboration avec Karlsruhe Institute of Technology, Allemagne).

L’IPNL (Viola Sordini) a eu la co-responsabilité de l’édition de la publication qui détaille l’ensemble des études de ce groupe de travail avec les données du Run1 du LHC.
Ces activités font régulièrement l’objet de rencontres internationales, dont un : "JetMET workshop at Run2 restart" a été organisé à l’IPNL en juillet 2015, avec environ 50 participants de plusieurs institutions dans le monde.

Le groupe de l’IPNL est actuellement engagé dans les analyses des données récoltées avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. En particulier, nous travaillons sur l’extraction des corrections en énergie des jets dans des événements avec un photon et un jet (Hugues Lattaud), dans des événements qui contiennent un grand nombre de jets (Andrey Popov) et nous planifions de poursuivre les études de la dépendance de l’échelle en énergie des jets en fonction de leur saveur (Viola Sordini + stage M1 prévu en 2017).


Stages (après 2014).

* Mars-juillet 2015 : stage M1 Alberto Salas Mellado (Université de Salamanca, Espagne). “Study of the jet energy response and its dependence on jet flavor in CMS”

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