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La physique des particules connue sous le nom physique des hautes énergies est devenue actuellement un des domaines les plus avancés dans le monde de la physique. Le CERN est un laboratoire reconnu à l’échelle internationale qui se concentre à réaliser des études dans ce domaine. Le LHC (Large Hadron Collider) est le nouveau collisionneur qui y est construit pour mener des expériences. Seulement il n’est pas encore opérationnel et à l’heure actuelle, les expériences utilisent les données produites par la simulation.
LA VIOLATION CP
Généralité
Depuis des années, les physiciens admettaient que l’invariance des lois de la physique par la combinaison CP était une évidence. Ce n’était qu’en 1964 qu’un groupe de chercheurs a observé pour la première fois la violation de la symétrie CP dans la désintégration du kaon neutre K°. Son origine reste encore un des mystères pour la physique des particules. Si on trouve dans les interactions faibles une violation de C et de P séparément, la combinaison CP préserve la symétrie dans la plupart des processus d’interaction faible. Cependant, la symétrie CP est violée dans certains processus comme la désintégration du K°, et des mésons B. Le Modèle Standard est une théorie qui décrit les interactions fortes, faibles et électromagnétiques, ainsi que l’ensemble des particules élémentaires. Ce modèle, avec trois familles de quark peut naturellement générer une violation CP, aussi bien dans l’interaction faible que dans l’interaction forte (jamais détectée). La violation CP dans l’interaction faible est décrite par la matrice 3×3 complexe et unitaire connue sous le nom matrice CKM (Cabibbo-Kobayashi-Maskawa) introduite par Kobayashi et Maskawa. Les phénomènes de violation CP observés dans le système des kaons neutres sont en accord avec ce mécanisme. Pourtant, cela ne veut pas dire que la physique au-delà du Modèle Standard ne contribue ni prend part pour les phénomènes observés.
La violation CP joue aussi un rôle très important en cosmologie. Ceci est un des trois éléments nécessaires pour expliquer l’excès de matière vis-à-vis d’antimatière dans notre univers. Au niveau de la violation CP pouvant être générée par le Modèle Standard, l’interaction faible est insuffisante pour expliquer la dominance de l’antimatière dans l’univers. Ceci introduit une nouvelle source de violation CP au delà du Modèle Standard.
L’EXPÉRIENCE LHCb
Généralités sur l’expérience LHCb
L’expérience LHCb s’inscrit dans le cadre du programme de recherche du CERN. Elle se traduit par la réalisation d’un détecteur qui va pouvoir bénéficier du faisceau de particules produites par le LHC. Il s’agit de l’un des quatre détecteurs annexés au collisionneur LHC. Le but principal de LHCb est d’étudier l’origine de la violation CP, phénomène qui n’est pas complètement prédit par le Modèle Standard. Il permettra également l’étude des désintégrations rares. Il ouvre donc des perspectives de recherche au-delà du Modèle Standard. Le LHCb sera mis en fonction en même temps que le collisionneur LHC et ses autres détecteurs. Les protons accélérés vont atteindre une énergie de 7 TeV, ce qui correspond à une énergie dans le centre de masse de 14 TeV.
Ainsi, pour des arguments physiques, le détecteur est placé à l’avant de la collision. Un autre détecteur aurait pu être placé en arrière ce qui aurait permis d’augmenter le nombre d’évènements. Mais ce dispositif supplémentaire aurait fait doubler le coût total de l’expérience et surtout on aurait dû construire une caverne dédiée et pourtant on n’aurait pas gagné beaucoup dans les mesures.
Le détecteur LHCb est installé à 100m sous terre au Point 8 de l’anneau de collision. Cette place était auparavant occupée par l’expérience DELPHI, qui était en œuvre dans le précédant collisionneur LEP (Large Electron-Positon Collider). Le point de croisement des faisceaux a été déplacé du centre de la caverne vers l’entrée de la caverne afin de s’adapter à la configuration du détecteur.
Le détecteur
Le détecteur est actuellement dans la phase finale d’installation. La première collecte des données est prévue pour l’été 2008. Le détecteur prend les 20m de longueur de la caverne. Afin de réaliser l’identification des mésons B et de voir les désintégrations rares, il est composé de sept éléments principaux :
– Le tube à faisceau
– Le Vertex Locator (VELO)
– L’aimant
– Les détecteurs Ring Imaging Cherenkov (RICHes)
– Les trajectographes
– Les calorimètres
– Le système à muon .
La constitution de détecteur LHCb est montrée dans la figure n°4 où le système de référence est indiqué, avec z suivant la ligne de faisceau, du VELO au système à muon, y vers le haut et x (pas indiqué) qui rentre dans la page .
Tube à faisceau
La conception du tube à faisceau devient particulièrement délicate depuis que la chambre à vide est placée dans la région à rapidité élevée du détecteur LHCb où la densité de particule est élevée et le nombre de particules secondaires dans l’événement dépend des matériels vus par les particules primaires incidentes. La masse relative du tube à faisceau comme étant une source de particule secondaire a été considérablement réduite. En plus, pour réduire la quantité de matériel traversé par les particules; le béryllium a été choisi pour presque 12 m. Le tube à faisceau est constitué par une fenêtre de sortie mince scellée avec le réservoir à vide du VELO. Cette partie est suivie de deux sections coniques, la première est presque 1,5 m de long avec un angle d’ouverture 25 mrd, et la seconde est presque16 m de long avec un angle d’ouverture 10 mrd. Le système chambre à vide est conçu pour une pression totale moyenne de 10⁻⁸ à 10⁻⁹ mbar à l’intérieur du tube à faisceau.
Il est divisé en quatre sections consécutives : UX85/1 ; UX85/2 ; UX85/3 ; UX85/4 ; lieés entre elles par des systèmes des soufflets.
Le VELO
Le VELO ou « Vertex Locator » est formé par un ensemble de petits détecteurs (modules) au silicium placés perpendiculairement à la direction z. Chaque couche de silicium (sensor, deux par module) a une épaisseur de 220µm et un diamètre de 8,4 cm. Elles fournissent les coordonnés des points proches de la région d’interaction. Dans la figure 5 d’un des modules prototype au silicium de LHCb, deux régions particulières sont mises en évidence :
❏ Les « strips » : au nombre de 2048 dans un sensor ; ils sont répartis suivant la circonférence du sensor appelés « r-strips ». Mais il existe aussi un autre type de sensor où les strips appelés « Φ-strips » sont perpendiculaires à la circonférence du sensor.
❏ Les lignes de conduction ou « routing lines » : disposées radialement dans le détecteur (c’est-à-dire perpendiculaires aux « strips »), elles ont pour rôle de conduire les signaux reçus par les « strips » lorsqu’une particule traverse le détecteur au silicium.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE THEORIQUE
Chapitre I : LA VIOLATION CP
I-1 Généralités
I-2 La conjugaison de charge C et la parité P
I-3 Origine de la violation CP
Chapitre II : L’EXPÉRIENCE LHCb
II- 1 Généralités sur l’expérience LHCb
II-2 Le détecteur
II-2-1 Introduction
II-2-2 Tube à faisceau
II-2-3 Le VELO
II-2-4 L’aimant
II-2-5 Les RICHes
II-2-6 Le trajectographe
II-2-7 Les calorimètres
II-2-8 Le système à muon
II-3 Reconstruction de « trace »
II-3-1 Introduction
II-3-2 Différents types de trace
II-4 Indentification des particules
Chapitre III : LA SIMULATION
III-1 Introduction
III-2 Généralités sur Gauss
III-3 Structure de Gauss
III-3-1 Génération d’événements
III-3-2 Simulation du détecteur
III-3-3 Geant4
III-4 Contrôle de la simulation
PARTIE PRATIQUE
Chapitre I : CONFIGURATION DU TRAVAIL EN GAUSS
I-1 Introduction
I-2 Configuration et exécution d’un travail standard en Gauss
I-2-1 Structure du logiciel
I-2-2 Plateforme
I-2-3 Installation de l’environnement
I-2-4 Fichier d’options et contrôle de Gauss
I-2-5 Fonctionnement du travail
I-2-6 Fonctionnement de Gauss sur Linux
I-3 Configuration de notre travail de contrôle
I-3-1 Le code « MonitorTrackAction »
I-3-2 Création de la librairie
I-3-3 Options de travail
I-3-4 Introduction des coupures
Chapitre II : RESULTATS ET INTERPRETATION
II-1 Introduction
II-2 Valeur des coupures
II-3 Résultats généraux
II-3-1 Résultats avec LXBATCH
II-3-2 Résultats avec la même machine
II-4 Comparaison des histogrammes
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
