Rumeurs d'observations du boson de Higgs au LHC !

[Joël Cambre 1]

Voilà qui va faire plaisir à l'ami Vaufrèges13... Il y a des frémissements, à confirmer certes, mais bon c'est tout pour l'instant!
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/rumeurs-dobservations-du-boson-de-higgs-au-lhc_35097/

[George Black 5 866]

C'est quoi ce gloubi-boulga de Futura Science ?

[PerrouriefhCedric 4 122]

Bah, ça reste des rumeurs.

[vaufrègesI3 15 144]

Nonobstant son devoir de réserve, Simon (AlSvartr) qui bosse au CMS pourrait en parler bien mieux que moi, mais je ne crois pas qu'il faille s'attendre à une annonce mirobolante, en tout cas cette année

On sort à peine de six mois d’exploitation et de quatre cent trillions de collisions proton-proton, l’exploitation avec protons du LHC ayant pris fin le 31 octobre dernier.

Tout ce que l'on peut dire, c'est que grace à l’énorme quantité de données accumulées par le LHC (dont la plus grande part reste à analyser) on a au moins réussi à circonscrire l’espace dans lequel se cache le boson de Higgs, s'il existe.

Il se situe dans la partie basse de la gamme de masses dans laquelle il est susceptible de se trouver (comme l'avaient déjà anticipé les mesures au LEP et au Tévatron). C’est donc bien là que les théoriciens et les expérimentateurs s’attendaient à ce qu’il soit, mais cette zone est la plus difficile à étudier, et ce n'est pas un euphémisme.

Comme l'a précisé Simon récemment sur un autre topic, ceci implique d'explorer pas mal de modèles, entre autres la possibilité qu'il puisse exister plusieurs bosons de Higgs..
Le modèle standard s'en satisfait d'un seul mais, par exemple, son extension la plus simple, le modèle supersymétrique (susy), en prédit cinq : trois neutres et deux portant des charges électriques..

Quant aux prétendus "signaux" à 3,5 sigma et 2,5 sigma de CMS et ATLAS, il est urgent d'attendre..

Bref, il reste je crois beaucoup à faire..

[Superfulgur 16 104]

"quatre cent trillions "

Je sais pas lire çà : tu peux me le donner en puissance de dix ?

[dg2 2 034]

Le fait que les seminaires soient donnes par les directeurs des experiences ATLAS et CMS indique que les resultats sont certainement tres interessants. Mais le CERN a aussi fait savoir que les resultats presentes etaient "inconclusives", c'est a dire pas assez solides statistiquement pour pouvoir parler de decouverte d'un truc nouveau. Cela n'est du reste pas surprenant puisque l'on sait que l'on n'a pas assez de statistiques aujourd'hui pour pouvoir parler de decouverte du Higgs (dans sa version du modele standard).

[antoine 80 44]

quote:

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"quatre cent trillions "

Je sais pas lire çà : tu peux me le donner en puissance de dix ?

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Ça fait environ un 4 avec plein de zéros derrière

[vaufrègesI3 15 144]

... 4 x 10^20 si je ne m'abuse..

[baroche 8 513]

Incroyabe!...

[PerrouriefhCedric 4 122]

Mille trillions de mille sabords !

[AlSvartr 2 960]

En effet, je dois user de mon droit de réserve, étant donné que les résultats des études en cours ne sont pas encore public. Mais promis, si des conclusions sont rendues publiques, on en parle!

Sinon j'ai bien ri en lisant la deuxième partie de l'article sur le blog de futura science: "Une preuve de la théorie M ?", à ce point-là c'est de l'archarnement! Même les Bogdanov ne feraient pas mieux avec des raccourcis aussi naïfs... :-)

Pour ce qui est du nombre de collisions, il faut faire comme suit:

On a une section efficace pp qui est de l'ordre de 80 millibarn (mb). Et nous avons une luminosité qui est de 5/femtobarn (fb). Or 1mb=10^12 fb. Donc nous pouvons calculer qu'il y a eu environs 5*10^14 interaction pp.

Simon

[Ce message a été modifié par AlSvartr (Édité le 08-12-2011).]

[FredM 0]

Pour les non comprenants dont je fais partie (merci Wikipédia, c'est quand même très bien wiki, quoi qu'on en dise) et bien 1 barn représente 10^-28 m². Bon je sais pas si ça parle... mais on comprend mieux. Sont fatiguants ces physiciens avec leurs masses en Gev et leurs sections efficaces en barns! Peuvent pas parler en joules et en m²?!

[Ce message a été modifié par FredM (Édité le 09-12-2011).]

[dg2 2 034]

quote:

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Sinon j'ai bien ri en lisant la deuxième partie de l'article sur le blog de futura science: "Une preuve de la théorie M ?", à ce point-là c'est de l'archarnement! Même les Bogdanov ne feraient pas mieux avec des raccourcis aussi naïfs... :-)

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Vous ne croyez pas si bien dire... L'auteur de cet "article" de FS a été une des cautions scientifiques des deux affreux, et les a même accompagné quelques fois sur des plateaux télé en 2004. Il y avait un délicieux article goguenard de Télérama sur le sujet, mais je ne sais pas si je l'ai encore.

[vaufrègesI3 15 144]

Il faut surtout savoir que le taux de production d'une désintégration de Higgs lors de collisions entre protons demeure extrêmement faible.

Il faut donc réaliser un très grand nombre de collisions par seconde pour avoir la chance d’en observer un de temps en temps. D'où l'importance d'atteindre une "luminosité" optimale... et du facteur temps.
Dans les meilleures con­ditions, et à condition qu'il existe, chaque expérience produit un boson de Higgs à intervalle de quelques heures. Sachant que l'on ne peut pas observer le Higgs directement, mais le produit.. du produit de sa désintégration...

En tout cas, l’arrêt technique hivernal 2011/2012 du LHC prévu mi-décembre approche.

L'exploitation avec protons s'est terminée le 31 octobre pour laisser la place, comme l'an dernier à pareille époque, à l'exploitation avec faisceaux de ions lourds jusqu'à l'arrêt programmé.

L'exploitation avec faisceaux protons reprendra normalement début 2012..

Si rien n'est changé dans l 'échéancier défini en tout début 2011, fin 2012 le LHC subira une arrêt technique de dix-huit mois. Des systèmes de protection seront posés sur chacun des milliers d’aimants du LHC afin d’éviter tout nouvel échauffement comme celui survenu en 2008 et qui avait causé un arrêt de 15 mois.

Au redémarrage courant 2ème semestre 2014, l’énergie de chacun des deux faisceaux de protons pourrait alors commencer à augmenter graduellement de 3,5 à 6,5 voire aux 7 TeV nominaux (mais on peut en douter). Ce sera certainement un long et prudent processus..

[Ce message a été modifié par vaufrègesI3 (Édité le 09-12-2011).]

[Alain 31 6 510]

1 trillion = 10^12 donc 400 trillion = 4. 10^14

[Superfulgur 16 104]

Merci Alain, j'osais pas trop répondre à Daniel, snif.

[vaufrègesI3 15 144]

En France, un trillion = 10^18 messieurs.. (échelle longue)
http://fr.wikipedia.org/wiki/Trillion

Sniff'

[Alain 31 6 510]

Échelle longue, alors ok: 4.10^20 Sniff

Oui mais quelle langue parle-t-on au LHC?
A quoi correspond le chiffre de 5* 10^14 interaction pp donné par AlSvartr?

[Ce message a été modifié par Alain 31 (Édité le 09-12-2011).]

[vaufrègesI3 15 144]

Sous couvert de rectifications/précisions surement nécessaires de Simon, quelques éléments de réponses..

D'abord pour s'y retrouver dans les termes de "barn", "section efficace", "luminosité".. :

Le Barn :

Le barn est tout simplement une unité de surface étant de l’ordre de la section géométrique du noyau d’un atome. En gros, on prend le noyau d’un atome (ayant un rayon d’environ 10^-12 cm), on le coupe en deux et la surface de cette coupe est environ égale à 1 barn, soit simplement 10^-24 cm²

Section efficace :

Le problème c’est que lorsqu’on observe des réactions nucléaires (interactions entre les noyaux des atomes), ou des collisions de particules entres elles ou contre des cibles, les atomes paraissent avoir une section plus grande ou plus faible selon les phénomènes observés. Pour rendre compte de ce problème, les physiciens ont alors introduit une section dite "efficace", plus significative que la section géométrique réelle des noyaux des atomes.

Cette section efficace rend compte de la probabilité d’interaction d’une particule pour une réaction précise (une collision, une réaction nucléaire, etc). Plus la section efficace est élevée, plus la réaction étudiée a des chances de se réaliser.

la section efficace des phénomènes étudiés dans les collisions des accélérateurs de particules comme le LHC est de l’ordre du picobarn (10^-12 barn), voir du femtobarn (10^-15 barn).

La luminosité :

Ce qui intéresse les accélérateurs de particules, c’est de produire le plus de collisions possibles.
Pour évaluer cette capacité, on calcule une grandeur appelée luminosité. Le principe en est simple : compter le nombre de particules qui se croisent dans un cm² à chaque seconde.

Le paramètre intéressant à calculer par la suite est naturellement la luminosité dite "intégrée" qui correspond à la luminosité accumulée dans le temps (c’est-à-dire la luminosité multipliée par le temps de collision de la machine).

Au début de la campagne d’exploitation de cette année, le LHC avait pour objectif de livrer aux expériences courant 2011 un femtobarn inverse (1 fb-1) de données, dans le langage des physiciens. Cette étape a été franchie en juin, ce qui a conduit à revoir à la hausse l’objectif de données pour 2011 pour le fixer à 5 fb-1.

Je reprend maintenant les termes de Simon plus haut :

Pour ce qui est du nombre de collisions, il faut faire comme suit:
On a une section efficace pp qui est de l'ordre de 80 millibarn (mb). Et nous avons une luminosité qui est de 5/femtobarn (fb). Or 1mb=10^12 fb. Donc nous pouvons calculer qu'il y a eu environs 5*10^14 interaction pp

...qu'on peut tenter de traduire comme ceci en plus clair, si j'ai bien compris :

On a une probabilité d'interaction de particules (section efficace proton/proton), on a un nombre de particules qui se croisent par seconde et par cm2 x temps de collisions 2011 (luminosité intégrée), on peut donc calculer le nombre de collisions, ou interactions protons-protons pour l'exploitation du LHC 2011..

[Ce message a été modifié par vaufrègesI3 (Édité le 10-12-2011).]

[FredM 0]

Excusez-moi j'ai une question. Simon, vous dites:
"Donc nous pouvons calculer qu'il y a eu environs 5*10^14 interaction pp.
", ce qui nous fait donc cent mille milliards de collision. Cela signifie-t-il que les physiciens n'étudient, ne décortiquent pas toutes les collisions? Ce n'est en effet pas humainenemt possible... Ca leur prendraient des centaines d'années... Y a-t-il alors une façon de faire le tri (je ne sais pas, par ordinateur sans doute) entre les collisions intéressantes et les collisions "inintéressantes"? Et alors comment faire pour décider quelle collision est intéressante à étudier? Sur quels critères se base-t-on?
Merci de vos éventuelles réponses.

[Ce message a été modifié par FredM (Édité le 10-12-2011).]

[vaufrègesI3 15 144]

Il faut déjà savoir qu'environ 8000 scientifiques, soit la moitié des physiciens des particules du monde, viennent au CERN pour mener des recherches.

580 universités et 85 nationalités sont représentées.

Enfin, pour permettre au maximum de physiciens du monde entier de participer à l'analyse des données pendant les 15 années de durée de vie estimée du LHC, des dizaines de milliers d’ordinateurs dispersés sur la planète sont exploités dans le cadre d’un réseau informatique décentralisé appelé "la Grille".

Sur ce sujet, des BD rigolotes (et explicatives) ici :
http://www.lhc-france.fr/spip.php?article545

[Ce message a été modifié par vaufrègesI3 (Édité le 10-12-2011).]

[FredM 0]

Merci Vaufrèges pour vos explications et pour le lien. J'ai lu les articles et BDs du site, notamment "Des milliards de données à traiter". J'y ai trouvé des réponses mais je ne comprends toujours pas une chose:
ce sont les ordinateurs qui analysent les collisions pour séparer le bon grain de l'ivraie, ainsi les physiciens n'analysent-ils que les collisions potentiellement intéressantes, comme il est dit sur le site, il s'agit de trouver une aiguille dans une botte de foin (et encore, on est sûrement là encore bien loin de la réalité). Mais sur quels critères se basent les programmes d'analyse des collisions pour décider que telle collision est à étudier et telle autre à mettre au placard? Cela me dépasse quelque peu (enfin, un peu plus que quelque peu...).

[Ce message a été modifié par FredM (Édité le 11-12-2011).]

[vaufrègesI3 15 144]

Dénicher le boson de Higgs du modèle standard constituerait indubitablement une très importante découverte et dans un tel cas "l’étalon-or" de signifiance statistique est normalement exigé :

La probabilité que tout signal observé soit le résultat d’une fluctuation statistique plutôt que d’une authentique découverte doit être nettement inférieure au millionième.

En physique, on dit que le signal doit être significatif au niveau de 5 écarts-type, ou "5 sigma".

La preuve indirecte de l’existence du boson de Higgs du modèle standard s’obtient en tenant compte des effets attendus de processus mettant en jeu des "bosons de Higgs virtuels" dans un grand nombre de réactions déjà mesurées avec précision dans les collisionneurs LEP, SLC et Tévatron.

Pour sa recherche au LHC, il s'agit alors d'extraire le signal recherché et donc de l'extraire du "bruit de fond" dû à la radioactivité ambiante, à celle du détecteur lui même, au rayonnement cosmique, voire de celui produit par la désintégration d'autres particules connues..

Après avoir recueilli un grand nombre de données, il reste à savoir comment relier les nombres obtenus à l'existence de cette particule hypothétique. Il s'agit de donner un sens aux résultats en convertissant les données en une probabilité mettant en évidence l'existence de la particule. Les physiciens parlent de probabilité car les résultats les plus intéressants en physique expérimentale sont souvent proches de la limite de ce qui est observable avec la technologie existante. Par conséquent, on parvient rarement à des conclusions d'une absolue certitude. De plus, il est important de communiquer les résultats de manière à ce que les autres chercheurs puissent juger si l'expérience confirme ou réfute l'hypothèse, et avec quel degré.

Le sigma est donc la quantité utilisée le plus fréquemment par les physiciens pour exprimer l'indication plus ou moins forte de l'existence d'un nouveau phénomène. C'est ainsi qu'ils mesurent l'écart entre les données observées et celles que l'on devrait obtenir en l'absence de phénomène nouveau. On s'attend à un petit écart - ou sigma - si les résultats sont dus à des fluctuations statistiques. Il est peu probable d'obtenir un grand écart type - ou sigma - uniquement à partir de fluctuations. C'est pourquoi un tel résultat est considéré comme une indication de l'existence d'un nouveau phénomène.

Pour bien comprendre la notion d'écart type, le mieux est de prendre un exemple plus familier. Si vous jouez à pile ou face avec une pièce équilibrée, vous savez qu'il y a autant de chances de tomber sur pile que sur face. Si vous répétez l'opération de nombreuses fois avec plusieurs pièces théoriquement équilibrées, il serait particulièrement extraordinaire qu'elles tombent toutes autant de fois sur pile que sur face. Au contraire, les résultats des lancers de toutes les pièces suivront une courbe de répartition en forme de cloche, comme celle présentée ci-après. Une pièce parfaitement équilibrée apparaîtrait vers le centre de la courbe, près de la moyenne de répartition.
Si la pièce était truquée, elle apparaîtrait loin de la moyenne.

Si, après 100 lancers, vous obteniez 55 fois face et 45 fois pile, le résultat serait à un sigma de la moyenne. La probabilité d'être au moins aussi éloigné de la moyenne avec une pièce normale est de 32%. En d'autres termes, la probabilité que la pièce soit truquée est de 68%. Si vous obteniez 60 fois le côté face, le sigma serait égal à deux et la probabilité d'obtenir ce résultat avec une pièce non truquée est d'environ 5%.

Plus la différence entre le nombre de faces et de piles est grande, plus la déviation standard est éloignée de la moyenne et plus la présomption que la pièce est truquée est forte. Pour un sigma égal à cinq - soit 75 fois face - la probabilité d'obtenir ce résultat avec une pièce parfaitement équilibrée n'est que d'une sur deux millions. Un joueur aurait entièrement raison de soupçonner qu'il y a quelque chose de louche là-dedans.

Dans le cas de la physique des particules, le sigma a la même signification. L'effet de 3,5 sigma et 2,5 sigma de CMS et ATLAS indique que la probabilité qu'il soit dû à une fluctuation statistique est d'environ 0,1% et 4%. Pour le profane, cela semble être une forte preuve, mais pas pour le physicien.

On a vu énormément de signaux "statistiquement significatifs" disparaitre au fil de l'analyse des données, tout le problème est justement le côté statistique des choses qui fait que parfois, même des choses improbables se produisent.

[Ce message a été modifié par vaufrègesI3 (Édité le 11-12-2011).]

[FredM 0]

Merci à vous pour ces explications. Le plus dingue est que je crois avoir compris... c'est de la belle vulgarisation dont je pense qu'elle n'aura pas été utile qu'à moi.

[Ce message a été modifié par FredM (Édité le 11-12-2011).]

[vaufrègesI3 15 144]

Merci Fred, mais je n'en suis bien sûr pas l'auteur exclusif, c'est en partie un panaché d'extraits de plusieurs documents du Cern ainsi que d'autres sources que je garde au chaud pour ma gouverne ..

Voir Simon pour en savoir plus s'il passe par là.. Lui, il a tout ça dans sa grosse tête de physicien ..