Participation du LAPP

Physiciens : P. Ghez, R. Barate, D. Buskulic, D. Decamp, C. Goy, S. Jezequel, J.P. Lees, M.N. Minard, B. Pietrzyk
Ingénieur : D. Dufournaud
Doctorants : A. Lucotte (->1996), F. Martin, E. Merle, J.Y. Nief (->1997)

LAPP Annecy, Univ. Barcelone, INFN et Univ. Bari, IHEP Beijing, CERN Genève, LPC Clermont-Ferrand, NBI Copenhague, NRCD Athènes, INFN et Univ. Florence, Univ. Florida, LNF-INFN Frascati, Univ. Glasgow, Univ. Heidelberg, Imperial College Londres, Univ. Innsbruck, Univ. Lancaster, Univ. Mainz, CPPM Marseille, INFN et Univ. Milan, MPI Munich, LAL Orsay, INFN et Univ. Pise, LPNHE Polytechnique, RAL Didcot, Royal Holloway College Londres, DAPNIA CEN Saclay, Univ. Santa-Cruz, Univ. Sheffield, Univ. Siegen, INFN et Univ. Trieste, Univ. Washington, Univ. Wisconsin.

PRESENTATION GENERALE

Les données enregistrées aux très hautes énergies ont des caractéristiques différentes de celles enregistrées à l'énergie égale à la masse du Z:

- présence de processus fondamentaux absents à LEP 1 (production W⁺W^- par exemple),
- faibles sections efficaces (la plupart des processus électrofaibles).

Des groupes d'analyse n'utilisant que les données aux plus hautes énergies (mesure de mW par exemple) se sont constitués. Par ailleurs, les mesures de certains paramètres fondamentaux du modèle standard et la recherche de nouvelles particules sont étendues aux données de haute énergie. Enfin plusieurs analyses sur les données de LEP 1 sont encore en cours et devraient être finalisées prochainement.

L'activité d'analyse du groupe du LAPP est basée sur ces trois domaines:
 

• Physique avec les données de LEP 2 (une thèse en cours):

• Physique avec les données de LEP1 et LEP 2 (une thèse en cours):

• Physique avec les données de LEP 1:

ANALYSES ET RESULTATS

A) PHYSIQUE AVEC LES DONNEES DE LEP 2

Depuis 1996, les expériences de LEP observent des événements provenant de la production de paires de W qui désintègrent à leur tour hadroniquement ou leptoniquement. On obtient alors des événements à 4 quarks (4 jets), 2 quarks (2 jets) et 2 leptons ou à 4 leptons. La mesure précise de la masse du W avec ces événements est l'un des buts premiers de l'expérimentation à haute énergie. La moyenne actuelle obtenue par les expériences du LEP (ALEPH, DELPHI, L3 OPAL) et présentée lors des conférences de l'été 1997 est:

Les limitations, autres que statistiques, sur la précision d'une telle mesure sont encore incertaines. En particulier, dans le canal à 4 quarks, des effets subtils probablement non perturbatifs de reconnection de couleur et/ou de condensation de Bose-Einstein entre les produits de fragmentation de quarks issus de W différents peuvent avoir lieu et ainsi, biaiser la mesure de mW dans ce canal. Un groupe de chercheurs du LAPP a entrepris d'étudier ces effets en collaborant avec des phénoménologues dans le cadre d'une convention IN2P3-Pologne. Cette collaboration s'étend d'ailleurs à la plupart des générateurs d'événements WW.

Les résultats actuels, basés presque essentiellement sur les données prises à 172 GeV et donc sur quelques dizaines de désintégrations hadroniques de paires de W, ne permettent pas pour l'instant de conclure. La prise de données en cours devrait rapporter une moisson importante d'événements pour obtenir une première estimation de l'influence de ces effets sur la mesure de m_W . Cette étude fait l'objet de la thèse de F. Martin (en préparation).

B) PHYSIQUE AVEC LES DONNEES DE LEP 1 ET LEP 2

Les résultats définitifs d'ALEPH sur les paramètres fondamentaux du modèle standard mesurés à LEP 1 sont en cours de finalisation. Le groupe du LAPP a joué un rôle important dans l'obtention de ces résultats en particulier pour ce qui concerne la détermination des sections efficaces hadroniques, le contrôle des erreurs systématiques associées et l'extraction des paramètres. Ces travaux ont, entre autres, fait l'objet de la thèse de A. Lucotte soutenue en 1996. Pour finaliser ces résultats, une ré-analyse cohérente de l'ensemble des données enregistrées depuis 1990 a été faite. La publication finale sera basée sur cette ré-analyse.

Depuis le début de la montée en énergie du LEP, chaque nouvelle prise de données permet de mesurer les sections efficaces fermioniques et les asymétries leptoniques avant-arrière à plus haute énergie et d'en comparer les résultats aux prédictions du modèle standard. Cette comparaison est, pour l'instant, satisfaisante (voir Figure 1). Le groupe du LAPP a la responsabilité de ces mesures et la thèse de E. Merle est en cours sur ce sujet.

La mesure de la section efficace de production de paires de fermions à très haute énergie peut être comparée aux prévisions du modèle standard mais aussi peut servir d'indicateur pour de la nouvelle physique. En particulier, à la suite d'observations faites à HERA (Hambourg) indiquant l'existence potentielle de nouvelles particules (lepto-quarks), une confrontation des divers modèles de production de ces lepto-quarks aux mesures de sections efficaces fermioniques d'ALEPH, a permis le calcul de limites inférieures sur la relation couplage-masse de tels objets.

C) PHYSIQUE AVEC LES DONNEES DE LEP 1

La très grande statistique de désintégrations  enregistrées à LEP 1 (Å 1 Million) ainsi que les excellentes performances du détecteur de vertex d'ALEPH permettent des études très détaillées dans le domaine de la spectroscopie des hadrons beaux, domaine jusqu'à présent réservé aux expériences faites à l'énergie du U4s (CLEO). En particulier, une analyse exclusive des transitions dans lesquelles le W+ produit une paire  a permis de mettre pour la première fois en évidence l'existence de désintégrations B ñ> D D (X) pour lesquelles la paire , au lieu de s'hadroniser en un méson charmé étrange (Ds), apparaît sous forme d'un méson charmé ordinaire (D(*)0, D(*)+) et d'un K additionnel porteur de l'étrangeté du quark  (Figure 2). Dans ce même secteur, la recherche de désintégrations en deux corps ("Cabbibo suppressed" : B0 -> D(*)+D(*)-), importante pour l'étude de la violation de CP auprès des futures usines à B, est également possible et quelques candidats à ce processus ont pu être isolés pour la première fois.

Parallèlement, une étude complète des désintégrations du méson B étrange (B0s) a permis de mesurer les rapports de branchement semi-leptoniques et hadroniques de ce méson. Cette analyse s'appuie sur la reconstruction quasi exclusive des états finals et permet, dans le canal semi-leptonique, une évaluation de la fraction de quarks b donnant un B0s (fs). La reconstruction des états finals hadroniques autorise également une mesure de la masse du B0s. Ce travail a fait l'objet de la thèse de J.Y. Nief soutenue en 1997.

Les désintégrations semi-leptoniques du méson B peuvent également produire des résonances étroites correspondant à des états orbitalement excités du méson D (états D**). Une analyse de ces modes de désintégrations très rares a été effectuée. Elle confirme l'existence de désintégrations de mésons B dans un état étroit J = 1 (D01) précédemment mesuré par ALEPH. Par contre, elle semble indiquer l'existence de désintégrations du B dans d'un état J = 2 (D*02) pour lequel seule une limite supérieure du rapport de branchement existait dans ALEPH.

En physique des jets (QCD), une étude de la multiplicité chargée des événements 3 jets  a permis de mettre en évidence la dépendance topologique (énergie du jet, angle du jet par rapport aux autres jets) de la multiplicité d'un jet de quark et de gluon. Ceci permet d'extraire le rapport de multiplicités chargées (jet de gluon/jet de quark) dont la valeur mesurée est 1.48±0.08. A la différence des analyses traditionnelles sur ce sujet, cette analyse n'utilise ni marquage de la beauté ni mesure explicite de la multiplicité d'un jet. Elle bénéficie donc d'une très grande statistique et d'une très petite erreur systématique expérimentale. Cette méthode d'analyse a été étendue récemment à la mesure des multiplicités de K0s et de L dans les désintégrations hadroniques du Z0 à deux et trois jets.

 

Fig. 1: Sections efficaces pour tous les types de fermions aux énergies de centre de masse de 161 et 172 GeV. Les résultats pour LEP1 et pour les énergies intermédiaires sont aussi montrés, en même temps que les prédictions du Modèle Standard.

 

Fig. 2: Distributions en masse et  obtenues dans le détecteur ALEPH pour des événements où deux D ayant une corrélation de charge correcte sont reconstruits dans un même hémisphère. On voit clairement à la masse des mésons B0 ou B± une accumulation correspondant à des désintégrations entièrement reconstruites et à 5.1 GeV (et 5 GeV) une accumulation correspondant à des désintégrations de B où seuls 1 (ou 2) neutres lents provenant de D* ne sont pas reconstruits.
 

TACHES D'INTERET GENERAL

Les chercheurs du LAPP contribuent de manière importante aux tâches générales d'ALEPH depuis de nombreuses années. En suivant l'ordre historique des étapes aboutissant à la production d'un résultat de physique, les participations notables du LAPP à l'effort général de la collaboration lors des deux années écoulées sont les suivantes:

- Avant et pendant la prise de données: représentation de la collaboration auprès du LEP ("LEP contact") en 1996 et 1997

- Pendant la prise de données: coordination technique du calorimètre électromagnétique (ECAL) en 1996, prise de données ("shifts")

- Calibration du détecteur: participation à la calibration en ligne (avec une source de 55Fe) du ECAL; gestion complète des programmes concernant le ECAL, calibration du ECAL (depuis 1991). La montée en énergie de LEP depuis 1995 a rendu inapplicable la méthode de calibration utilisée à LEP 1 (événements "Bhabha"); des méthodes nouvelles, basées sur les événements  e⁺e^- -> gamma gamma -> e⁺e^-e⁺e^-, ont du être mises en oeuvre.

- Reconstruction des événements: utilisation des données "damiers" de la chambre à projection centrale (TPC) dans la mesure de l'ionisation des particules chargées. Ainsi une estimation de la perte d'énergie par ionisation est possible pour certaines traces (environ 12% de l'ensemble) pour lesquelles cette mesure n'était pas disponible, pour des traces proches, avec les seules données "fils" de la TPC (cf thèse de J.Y. Nief).

- Générateurs d'événements: collaboration avec plusieurs auteurs de générateurs d'événements pour l'adaptation réaliste de leurs programmes à l'environnement software d'ALEPH. Ceci concerne particulièrement les générateurs WW pour lesquels les physiciens du LAPP sont maîtres d'oeuvre.

- Outils généraux d'analyse: responsabilité entière de la mise à jour régulière et complète de l'ensemble des programmes d'ALEPH au CC-IN2P3 grâce à un ingénieur du LAPP (à mi-temps). Par ailleurs, les outils d'aide à la production développés sur l'ancien Basta, ont été mis à jour et modernisés (SimAleph).

Enfin, plusieurs chercheurs du LAPP occupent des responsabilités dans l'organisation générale de la collaboration (membre du bureau des '"speakers", responsable de groupe ou de sous-groupe d'analyse).
 

RAPPORTS

Nous indiquons ci-dessous les rapports internes et les contributions aux conférences explicitement signés par les physiciens du groupe ALEPH du LAPP ou par un groupe d'analyse auquel ils participent:

RAPPORTS INTERNES

1995

An investigation of the interference between photon and Z-boson exchange
The S-Matrix subgroup (M.N. Minard)
ALEPH 95-095 PHYSIC 95-087

A combination of preliminary LEP electroweak results for the 1995 summer conferences
LEP Electroweak Working Group (B. Pietrzyk)
ALEPH 95-093 PHYSIC 95-086

LEP Center-of-Mass Energies in Presence of Opposite Sign Vertical Dispersion in Bunch-Train Operation
The LEP Energy Working Group (A. Lucotte)
ALEPH 95-089 PHYSIC 95-083

94 hadronic cross-section
A. Lucotte, M.-N. Minard
ALEPH 95-080 PHYSIC 95-074

Measurement of the pi⁰ inclusive sprectrum in hadronic decays of the Z⁰
Ph. Odier
ALEPH 95-064 PHYSIC 95-059

Precision obtainable on the measurement of M_z and Gamma_z from the 1995 LEP energy scan
LEP Energy Group (A. Lucotte)
ALEPH 95-060 PHYSIC 95-056

A Combination of Preliminary LEP Electroweak Results for the 1995 Winter Conferences.
LEP Electroweak Working Group (B. Pietrzyk)
ALEPH 95-038 PHYSIC 95-036

1996

An Investigation of the Interference between Photon and Z-Boson Exchange
The S-Matrix Subgroup (M.N. Minard)
ALEPH 96-108 PHYSIC 96-099

A combination of preliminary LEP and SLD Electroweak measurements and constraints on the Standard Model
The LEP Electroweak Working Group (M.N. Minard, B. Pietrzyk)
ALEPH 96-107 PHYSIC 96-098

Measurement of the branching fractions B->DsDX, B->DDX
J.P.Lees, R.Barate
ALEPH 96-080 PHYSIC 96-072

A Combination of Preliminary LEP and SLD Electroweak Measurements and Constraints on the Standard Model
The LEP Electroweak Working Group (M.N. Minard, B. Pietrzyk)
ALEPH 96-043 PHYSIC 96-039

1997

Semileptonic B mesons decays into narrow resonances of an orbitally excited D meson
C. Goy
ALEPH 97-066 PHYSIC 97-058

Measurement of quark pair production from e+e- annhilation at center of mass energy of 161GeV and 172 Gev
M.N. Minard
ALEPH 97-063 PHYSIC 97-056

Measurement of the cross sections and forward Backward asymmetries of dileptons pair at 161 GeV and 172GeV
E.Merle, M.N. Minard, S.Jezequel, F.Martin
ALEPH 97-062 PHYSIC 97-055

A Measurement of  and  cross-sections at SQRT(s)=172 GeV
F. Martin, S. Jezequel, E. Merle, M.N. Minard, B. Pietrzyk
ALEPH 97-039 PHYSIC 97-034

Measurement of hadrons and lepton-pair production from e+e- annihilation at centre of mass energy of 161 and 172 GeV
E. Merle, M.N. Minard
ALEPH 97-037 PHYSIC 97-032

An Investigation of the Interference between Photon and Z-Boson Exchange
The S-Matrix Subgroup (M.N. Minard)
ALEPH 97-033 PHYSIC 97-028

A Combination of Preliminary Electroweak Measurements and Constraints on the Standard Model
The LEP Collaborations,The LEP EW, the SLD HF groups (B. Pietrzyk)
ALEPH 97-032 PHYSIC 97-027

CONTRIBUTIONS AUX CONFERENCES

Bruxelles - 1995

EPS0589 Topology Dependence of Event Properties in Hadronic Z Decays
P. Ghez, M. Schmelling

EPS0756 Measurement of the effective b quark fragmentation function at the Z resonance
J.P. Lees

Varsovie - 1996

PA04-052 Inclusive Production of Neutral Pions in Hadronic Z Decays
P. van Gemmeren, P. Odier

PA05-060 Study of double charm B decays at LEP
J.P.Lees, R.Barate

PA07-069 Preliminary results on Z production cross-sections and lepton forward-backward asymmetries using the 1995 data
ALEPH EW group (B. Pietrzyk)

Jerusalem - 1997

EPS590 Bose-Einstein correlations and W-pair decays
F. Martin, S. Jezequel, M.N. Minard, B. Pietrzyk

EPS602 Measurement of fermion pair production in e+e- annihilation and interpretation in terms of new physics phenomena.
EWLEP2 group (M.N. Minard)

EPS627 Topological analysis of the particle production in hadronic Z decays
Ph. Ghez

EPS856 Preliminary ALEPH results at 183 GeV
ALEPH (E. Merle, M.N. Minard)

PARTICIPATIONS AUX GROUPES DE TRAVAIL ÌPHYSICS AT LEP2Î.

WW cross-sections and distributions
B. Pietrzyk, CERN 96-01, p.79, Vol.2.

Event generators for bhabha scattering.
B. Pietrzyk, CERN 96-01, p. 229, Vol.2.

Les résultats concernant l'estimation théorique de la section efficace du processus de diffusion bhabha obtenus lors de ce Workshop sont résumés dans l'article publié dans Physics Letters B383 (1996) p.238-242.
 

AUTRES ACTIVITES

Un physicien du groupe, en parallèle à l'activité d'ALEPH, a contribué à l'évaluation plus précise de la constante de structure fine alpha_QED. La valeur de ce paramètre important du modèle standard à l'énergie du LEP dépend de la valeur de polarisation du vide. La partie hadronique de cette polarisation ne pouvant être calculée entièrement par QCD est obtenue à l'aide des relations de dispersions appliquées à la mesure du rapport R_had(s).

La nouvelle valeur de alpha_QED a permis de diminuer l'incertitude sur l'interprétation des résultats du LEP dans le cadre du modèle standard et par conséquent a réduit l'erreur sur la prédiction de la masse du Higgs.

Les détails de cette étude se trouvent dans les références suivantes :

Update of the hadronic contribution to the QED vacuum polarization
H. Burkhardt, B. Pietrzyk, Physics Letters B356 (1995) 398-403.

alpha(m²_Z) and the standard model fits
B. Pietrzyk, Acta Physica Polonica B 28 (1997) 673-678.