LES COURANTS NEUTRES ET

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LES COURANTS NEUTRES ET LES PARTICULES
CHARMEES EN PHYSIQUE DU NEUTRINO
Pierre Vilain
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Plan approximatif du travail
et de lexposé

• Courants neutres
• Découverte
• Le Modèle Standard
• GGM, BEBC, CDHS, etc
• ?? e- ? ?? e-
• Contraintes actuelles du MS
• Particules charmées
• Prédiction et découverte
• Premières observations
• Les événements dileptons
• Les expériences en émulsion

• Courants neutres
• sin2 ? W par ?? N
• sin2 ? W par ?? e-
• Ajustement global
• Particules charmées
• Les dimuons
• CHORUS

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Les bosons de jauge de SU(2)L ? U(1)Y
et les courants
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Modèle des partons de Feynman (1969)
Quand Q2 et ? sont grands (interaction
profondément inélastique) ?(? N) somme
(incohérente) des ? sur partons individuels
quasi libres Pour sections
efficaces inclusives (X nimporte quoi)
Probabilité de lhadronisation 1
Pour EP gtgt M mouvement transverse des partons
négligeable
q
?P
P
(1-?)P
Masse m
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Sections efficaces totales ( courant chargé )
Diffusion "élastique" sur q ou q de masse m Mx
Soit u(x),d(x)... la probabilité de trouver un
quark u,d... de masse effective Mx dans le proton
(ou un quark d dans le neutron ). Sur cible
isoscalaire et en négligeant la présence de
quarks plus lourds
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Sections efficaces totales ( courant neutre )
Diffusion élastique sur quark de type q
Sur une cible isoscalaire
avec
Dans le Modèle Standard
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Au premier ordre, sur cible isoscalaire
1 si brisure standard de la symétrie SU(2)
MAIS - effets QCD,. (? dépendance en x et
Q2 ) - quarks lourds (? dépendance en mc )
- corrections radiatives (? dépendance en Mtop ,
MH ) Erreur systématique théorique ?
1-2
8
Après 1976 - faisceaux ? de grande énergie
(CERN, FNAL) -
détecteurs massifs

• couplages faibles avec une précision
• - structure en quarks du nucleon

BEBC
La plus récente NuTeV
CHARM-II
CDHS
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Séparation CN/CC
Monte Carlo détaillé nombreuses
calibrations connaissance des flux
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Expériences ?N avant NuTeV
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NuTeV réduction de lerreur systématique en
utilisant

• - insensible aux quarks de la mer
• transition d(valence)? c
• supprimée (Cabbibo)
• MAIS exige des
• faisceaux ? et ? très purs

Au Tevatron du Fermilab Sign Selected
Quadrupole Train
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Ajustement NuTeV (? ? 1)
Ecart de 3 ? du MS !?
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Les diffusions élastiques ? e
Processus purement leptoniques ? simples en
théorie
(b)
(c)
?e
e
?
?
W
?e
e
??e
Mais difficiles du point de vue expérimental
? ? s 2 me E? ? ? (? e) / ? (? N) me /
mN 1 / 2000 Signature seulement 1 électron (?
gerbe électromagnétique) émis
dans la direction du faisceau
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Le détecteur CHARM-II
15
Distinction e / hadron dans CHARM-II
10 GeV
16
CHARM-II signaux ??e , ??e et bruits de fond
17
Résultats de CHARM-II
gV -0.035 0.017 gA -0.503 0.017
Sin2 ?W 0.2324 0.0083
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Ajustement global des données électrofaibles
A partir de
(g-2) de e
Temps de vie du ?
Forme du Z au LEP
On peut calculer tous les observables en évaluant
les corrections radiatives dépendant de
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?2 / degré de liberté 45.5/45
(LEP2 MH gt 114 GeV)
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Ecarts aux prédictions du MS



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Review of Particle Physics ( Phys. Lett. B 592 (
2004)1091)
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Prédiction du quark c
1963 Langle de Cabbibo
1970 (quasi) absence de courant neutre DS1
Le mécanisme de Glashow, Illiopoulos et Maiani
(GIM)
Au premier ordre, les CN conservent la saveur des
quarks
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Production de particules charmées par n
Etude par - reconstruction cinématique (BEBC,
NOMAD,) - événements
dileptons - observation
directe (c? ? O(100 ?m) !)
Principaux paramètres ? mc ? ? ?
(fonction de fragmentation) ? B? (taux moyen
de désintégration muonique)
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Fonctions de densité des quarks, Mer étrange (?)
Evolution en Q2 ( dépendance en ?S )
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Sections efficaces (Leading Order)
Aivazis et al. (1994)
F fonctions de structure d hélicité ( mc VCKM
pdf(?)) ? Lorentz boost entre configurations
des leptons et des hadrons
Pour la production de charme, négligeant la masse
du quark initial
où ? , pour M2/Q2? 0, est la variable déchelle
(slow rescaling)
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Evénements dimuons de signes opposés
neutrino
antineutrino CDHS
9922 2123 CHARM II
3100
700 CCFR 5030
1060 NUTEV 5102
1458 NOMAD
2714 115 CHORUS
10718 420
(préliminaire)
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Comparaison Données MC
données
MC
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Comparaison Données-MC
Evénements dimuons de même signe
data
MC
E?2 (GeV)
E?1 (GeV)
E? (GeV)
Esh (GeV)
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Quelques résultats (LO)
CHORUS ( préliminaire)
? mc 1.46 ? 0.15 (stat) ? 0.10 (syst)
? ? 0.56 ? 0.05 (stat) ? 0.045 (syst)
? B? 0.098 ? 0.005(stat) ? 0.014 (syst)
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Le détecteur CHORUS(CERN Hybrid Oscillation
Research ApparatUS)
Cible active
Spectromètre hadronique

• émulsion nucléaire (770kg)
• traceurs à fibres scintillantes

?p/p 0.035 p (GeV/c) ? 0.22
Faisceau WBB
?
Spectromètre muonique
?p/p 10 15 (p lt 70 GeV/c)
E 27 GeV
Calorimètre
(Pb et fibres scintillantes) ?E/E 32 /? E
(hadrons) 14 /? E (électrons)
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Calorimètre
Aimant
?
Spectromètre muonique
?
Cible démulsion
Suivage (scan back)
Vertex de l interaction
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Une feuille d émulsion
MIP 30 ? 40 grains/100?m Résolution 0.3
?m Prof. de champ 1 to 3 ?m
S. Aoki et., Nucl. Instr. Meth. A 447 (2000) 361
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Dépouillement automatique
T.Nakano, Ph.D. Thesis, Nagoya Univ., 1997
Processeur des signaux vidéo Trace alignement
de grains selon une direction
Déplacement tube optique
Vue 150x150 ?m
Trace prédite
track
Grossissement X50 3?m profondeur
Image tomographique
Emulsion 350 ?m (100 ?m analysés)
Support plastique 90 ?m
Emulsion 350 ?m
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CHORUS Phase II Net Scan
1.5 mm
Reconstruction de la topologie du vertex
Au moins 2 segments connectés
Micro-traces dans 8 feuilles
Eliminer les traces passantes
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Mesure de la production de D0
Phys. Lett. B. 527 (2002) 173 basé sur 25
de la statistique
Aujourdhui 93807 événements ? CC
Sélection
1 trace primaire correspond au ?- reconstruit 1
trace secondaire vue hors de lémulsion et 313
?m lt paramètre dimpact (I.P) lt 400 ?m
Efficacités de sélection
V2 (56.3 0.5) x 10-2 V4 (74.2 0.9) x
10-2
Après confirmation visuelle topologies D0
V2 819 V4 226 V6 3
Bruit de fond estimé 37.5 (surtout sur V2)
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a) Etude de la fonction de fragmentation D(z)
Collins-Spiller
Peterson
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b) Rapports de branchement et taux de production
BR(V4) 0.1339 0.0061 (PDG) BR(V6)
10-3 ? BR(D0 ? neutres) (21.8 4.9 3.6)
Taux de production total
?(D0) /?(CC) (2.69 0.18 0.13) x 10-2
mc (1.42 0.08 0.06) GeV/c2
( moyenne pour les dimuons 1.43 0.10 )
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c) Recherche de D ? D0 ?
Petit pT par rapport au D0
?(D) /?(D0) 0.38 0.09 0.05 Si ?(D)
?(D0) ?(D ? D0) /?(D0) 0.63 0.17
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Autres résultats de CHORUS
Dans le calorimètre ou dans des cibles inertes
Production de J/? par CN Trimuons Dépendance de
?CC en Z/A du noyau cible Fonctions de structure
du nucléon
En émulsion
Limites sur les paramètres doscillation ?? ? ??
et ?e ? ?? Production diffractive de Ds
Production inclusive de ?c Production
quasi-élastique de ?c Production de charme par
les anti-neutrinos Production associée de 2
particules charmées en CC et NC Taux moyen de
désintégration muonique B? et Vcd Fractions
relatives de D, Ds et ?c (en cours) Distribution
en x de la mer étrange (en cours)
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Conclusions et perspectives

• Immenses progrès depuis 1973
• - Précision des mesures et
• - des analyses phénoménologiques
• Le Modèle Standard résiste !
• - Aucune déviation observée ? 3 ?
• - Corrections radiatives ? contrainte sur
  MH
• Complémentarité des techniques
• - Chambres à bulles et/ou émulsion et/ou
  détecteurs électroniques
• Futur
• - LHC ? ?
• - Anneau de stockage de muons ??
• - Collisionneurs de muons ???

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Usine à neutrinos anneau de stockage de muons