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Un nouveau détecteur augmente la probabilité d'observation du boson de Higgs

Le Grand collisionneur de hadrons haute luminosité (HL-LHC) du CERN qui devrait être opérationnel à partir de 2025, permettra d'augmenter la luminosité du LHC d'un facteur 10 par rapport à sa valeur nominale. Pour obtenir ce résultat majeur, l'une des activités principales des chercheurs sera d'intégrer les informations obtenues dans l'expérience CMS (solénoïde compact pour muons) et ainsi accroître la probabilité d'observation de processus très rares.
Un nouveau détecteur augmente la probabilité d'observation du boson de Higgs
Le détecteur CMS est le plus important détecteur silicium jamais construit pour observer la trajectoire des particules élémentaires. L'alignement des particules permet de reconstruire la trajectoire des jets, muons, électrons et autres tau leptons à partir des données brutes obtenues par les pixels de silicium et les barres de détection. En raison du nombre élevé de pistes par faisceau et les limitations de lecture de bandes passantes non prévues lors de la construction du détecteur CMS, il est nécessaire de remplacer le tracker du solénoïde. Par ailleurs, la quantité énorme de données récoltées exige la sélection d'un système susceptible de choisir les évènements potentiellement intéressants comme ceux qui permettent la génération du boson de Higgs.

Dans le cadre du projet HLTAUS (A level-1 tau trigger for CMS at HL-LHC), financé par l'UE, les chercheurs ont ainsi développé un algorithme pour le niveau 1 du déclencheur capable de retrouver les jets de leptons tau. Étant le premier algorithme capable d'exploiter les informations de suivi du CMS, il sélectionne efficacement les jets de leptons tau et les transmet au niveau supérieur à des taux suffisamment bas pour être exploités même lorsque le CMS est à son maximum.

Ce nouvel algorithme est alimenté par la mesure des objets hadroniques dans le calorimètre. La trajectoire la plus proche de celle de l'objet hadronique est appelée la trajectoire appariée. Un cône d'isolation dont la taille est proportionnelle à l'énergie transversale du trigger tau de niveau 1 potentiel est dessiné autour de la trajectoire sélectionnée. Si aucune autre trajectoire n'est observée à l'intérieur de ce cône d'isolation, la trajectoire potentielle est sélectionnée par l'algorithme.

Globalement, l'utilisation des informations de suivi permet ainsi de conserver les mêmes seuils d'énergie pour tous les objets détectés par le calorimètre en améliorant la performance de la sélection. Les résultats de ces travaux ont été diffusés à l'ensemble de la communauté scientifique sur le site du projet, à l'occasion d'ateliers de travail, de diverses conférences et sur affiches.

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Mots-clés

HL-LHC, suivi des informations, détecteur CMS, HLTAUS, jets de lepton tau