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L'expérience CMS sera installée sur le collisionneur proton-proton LHC (Large Hadronic Collider) du CERN. Ce détecteur a pour mission de traquer la présence de nouvelles particules et de rechercher en particulier le "Higgs", particule permettant d'expliquer la masse des particules. Ce détecteur permettra également de rechercher des signatures de la brisure de symétrie électro-faible et de la supersymétrie.

Le Higgs

La compréhension du mécanisme à l'origine des masses des particules est l'un des enjeux de la physique du LHC. L'explication théorique actuelle repose sur le mécanisme de Higgs qui met en jeu une particule expérimentalement inobservée.

En effet, le Modèle Standard de la physique des particules a permis d'unifier l'interaction électromagnétique (véhiculée par le photon) et l'interaction faible (véhiculée par les bosons W et Z). Ces bosons sont très différents, le photon n'a pas de masse alors que les W et le Z ont une masse de l'ordre de 80 à 90 GeV.

Dans le cadre du Modèle standard, les particules acquièrent une masse via leur interaction avec le champ de Higgs. Ceci implique l'existence d'une nouvelle particule : le boson de Higgs H. Cette théorie ne prédit pas la masse du Higgs, mais prédit son taux de production et ses désintégrations possibles pour toutes les masses possibles. Le détecteur CMS a été optimisé pour découvrir ce fameux boson de Higgs H dans un intervalle de masse de 80 GeV à 1 TeV.

La SUper SYmétrie

La SUperSYmétrie (SUSY) est une extension du Modèle Standard de la physique des particules qui postule une relation profonde entre les particules de spin 1/2 (les fermions) et les particules de spin entier (les bosons) véhiculant les interactions en introduisant une nouvelle symétrie. Dans le cadre de la SUSY, chaque fermion est associé à un "super-partenaire" de spin 0 alors que chaque boson est associé à un "super-partenaire" de spin 1/2. Le secteur de Higgs est également étendu à au moins 5 bosons de Higgs dans le cadre de l'extension minimale au Modèle Standard (MSSM).

Particules MS Particules SUSY exemples d'états physiques
quarks squarks $\tilde{u}$, $\tilde{d}$, $\tilde{c}$, $\tilde{s}$, $\tilde{t}$, $\tilde{b}$
leptons sleptons $\tilde{e}$, $\tilde{\mu}$, ...
gluons gluinos $\tilde{g}$
Bosons $W$ winos mélanges en deux charginos
Bosons de Higgs chargés Higgsinos chargés $\chi^{\pm}_{1,2}$
Boson $Z$ zino mélanges en quatre neutralinos
photon photino $\chi^{0}_{1,2,3,4}$
Bosons de Higgs neutres Higgsinos neutres  

A l'heure actuelle, aucun "super-partenaire" n'a encore été observé, la SUSY doit être une symétrie brisée : ceci implique que les "super-partenaires" doivent avoir des masses différentes que celles de leurs partenaires.

Malgré le fait que le nombre de particules soit doublé, la SUSY possède de nombreux avantages :

  •  en postulant l'existence de "super-partenaire" à l'ordre du TeV, l'unification de l'interaction forte, faible et électromagnétique devient possible à une échelle d'énergie de l'ordre de 1016 GeV (échelle de Grande Unification) ;
  •  cette théorie permet également d'expliquer naturellement pourquoi la masse du Higgs peut être faible (en dessous du TeV) ;
  •  elle offre également la possibilité d'expliquer la "matière noire" de notre Univers par le biais des neutralinos (particules supersymétriques stables interagissant très faiblement avec la matière).

Ainsi, si la SUSY est une véritable symétrie de la nature et qu'elle est réalisée à l'échelle du TeV, CMS en découvrira certainement la signature...

 
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