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Travaux sur le neutralino dans le cadre de l’expérience LHCb Rapport stage 2A Introduction Dans le cadre de mon stage de fin de deuxième année de l’Ecole Nationale Supérieure de Physique de Strasbourg, j’ai effectué, en Suisse, au sein du Laboratoire de Physique des Hautes Energies (LPHE) de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), un séjour d’assistant ingénieur et, plus précisément, d’assistant chercheur d’une durée de huit semaines. Le travail a consisté en une étude du neutralino, particule définie dans une extension du Modèle Standard, théorie actuelle pour expliquer la physique des hautes énergies, mais qui n’est, encore aujourd’hui, que théorique : la Supersymétrie. En résumé, il m’a fallu obtenir, en exploitant plusieurs outils informatiques, diverses caractéristiques du neutralino dans le cadre de l’expérience LHCb, c’est-à-dire suivant les paramètres et contraintes de l’expérience et du détecteur LHCb. Ainsi, dans une première partie, le cadre global du stage est énoncé avec une présentation de l’EPFL et du LPHE, une introduction à l’expérience LHCb, générale puis technique, ainsi qu’un bref exposé d’un sous détecteur particulier du détecteur LHCb, à savoir le VErtex LOcator, et pour finir, une revue des différents logiciels et utilitaires informatiques utilisés. La deuxième partie est une description du travail effectué avec tout d’abord un énoncé des théories, Modèle Standard, limites de ce modèle et théories supersymétriques, sur lesquelles repose cette étude. Ensuite vient la première phase du travail proprement dit avec une description du déroulement du stage, des programmes réalisés et des stratégies établies afin de répondre aux objectifs fixés. La troisième partie est, quant à elle, l’analyse des résultats obtenus à partir des programmes précédemment décrits et constitue donc l’étude à proprement parler. Le rapport se clôture sur une conclusion en forme de bilan technique de l’étude mais aussi humain, suivi de la bibliographie à laquelle j’invite le lecteur à se référer pour une pleine compréhension des éléments, notamment théoriques, qui auront été présentés ou tout simplement pour satisfaire sa curiosité. 2008. 8/44
Travaux sur le neutralino dans le cadre de l’expérience LHCb Rapport stage 2A I Contexte du stage, présentation. Fig. 1: Vue aérienne de l'EPFL Fig. 2: Le Cubotron [16] I.1 L’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. L’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) est l’une des deux Ecoles Polytechniques Fédérales de Suisse. Assurant des formations dans divers domaines, des Sciences de bases (Mathématiques, Physiques, Chimie) à l’ingénierie en passant par l’informatique ou encore les Sciences de la vie et même l’architecture, elle compte près de dix mille membres et assure une place de choix dans la formation par la recherche et la recherche internationale avec une école doctorale qui peut s’appuyer sur plus de 250 laboratoires. Concernant sa section Physique et plus particulièrement la recherche dans ce domaine, L’EPFL comporte divers instituts, notamment l’Institut de Physique de l’Energie et des Particules (IPEP) regroupant cinq laboratoires dont le Laboratoire de Physique des Hautes Energies (LPHE), au sein duquel j’effectue mon stage. I.2 Le Laboratoire de Physique des Hautes Energies Le LPHE regroupe les activités de recherche liées à la physique des particules élémentaires (ou physique des hautes énergies) à l’EPFL. Il s’investit dans différentes expériences et programmes qui étudient notamment la violation CP : LHCb, BELLE, ou encore l’oscillation des neutrinos : IceCube. Ces derniers conduisent le LPHE à travailler en collaboration avec des laboratoires étrangers. Citons par exemple la collaboration avec leurs homologues japonais du KEK dans le cadre de BELLE, expérience étudiant les origines de cette violation CP. Notons que pour passer d’une particule à une antiparticule, il faut à la fois inverser la charge et la parité de la particule : transformation CP (C désigne l’opérateur de conjugaison de charge et P celui de la parité [cf. II.1.a]). De plus la transformation CP est une symétrie, c’est-à-dire que les lois de la physique restent invariantes par action CP. Ainsi nous devrions observer les mêmes comportements pour la matière et l’antimatière. Or ce n’est pas le cas : la violation de la symétrie CP devient, avec la non-conservation du nombre de quarks/antiquarks lors des réactions et la rupture 2008. 9/44
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