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Explorer la physique au delà du Modèle Standard à t ravers la combinaison des recherches directes et indirecte de mat ière noire, des indices cosmologiques, et des ét udes de nouvelle
physique au LHC.
- Le Modèle Standard - La mat ière noire - Le LHC - Au delà du Modèle Standard - Not re proj et
Sophie Henrot-Versillé, Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire, Orsay
Le Modèle Standard
➢ Bosons de j auges: Responsables des interact ions for tes, faibles et elect romagnet iques
➢ Boson de Higgs Responsable de la br isure de symmet r ie elect rofaible, donne sa masse aux part icules
Descr ipt ion du monde sub- atomique
MAI S: pas de neut r inos massif s, pas de candidat à la mat ière noire, ….
La mat ière noire
Des obser vat ions ast rophysiques qui nécessitent la présence d’une nouvelle composante de la mat ière pour être expliquées, par exemple:
1933 : Fr it z Zwicky (1898-1974) mesure la dist r ibut ion des vitesses des galaxies de l 'amas de Coma, et t rouve des vitesses excessivement élevées
1970: Vera Rubin ent reprend d'ét udier la rotat ion des galaxies spirales et ar r ive à la même conclusion
2015: Le satellite Planck => mesure les anisot ropies de températ ure du fond dif fus cosmologique => une précision j amais at teinte dans la déter minat ion du modèle standard de la cosmologie (ΛCDM)
2015
Cosmologie
Préjudice: un candidat Mat ière Noire WI MP Dans ce qui suit : Not re candidat Mat ière Noire préféré est une part icule, doit être en accord avec les obser vat ions cosmologiques (densit é relique): noir, stable, f roid, en interact ion faible avec les part icules du Modèle Standard, et une masse max de quelques TeV • c’est ce qu’on appelle un WI MP (Weakly I nteract ing Massive Part icle)
Les recherches directes de Mat ière Noire
De nombreuses expériences ➢ Dif férentes techniques de détect ion ➢ Visent dif férentes fenètres en masse
Résultat s sous for me de limite Sect ion efficace WI MP/nucléon en fonct ion de la Masse du candidat Mat ière Noire
FERMI et le GCE
Depuis 2009 FERMI a obser vé un excès de photons γ- ray dans un bin d’énergie autour de 3-4 GeV dans le cent re galact ique [Hooper et al., Calore et al.]
Compat ible avec un candidat Mat ière Noire de masse ent re 30 et 70GeV qui s’annihile via un pseudoscalaire en bb
Le LHC et les recherches de nouvelle physique ?
Le LHC: Large Hadron Collider ➢ Accélérateur protons- protons ➢ @ CERN/ f ront ière Franco- Suisse ➢ 13TeV dans le cent re de masse en
2016 ➢ 4 détecteurs de t rès grande taille:
ATLAS, CMS, LHCb, ALI CE ➢ En 2012, ATLAS et CMS ont
confir mé l’existence du Boson de Higgs
Le LHC et les recherches de nouvelle physique ?
Model ℓ , γ Jets† E miss T
( L dt[fb ] −1 Limit
Ext
ra
dim
ensi
ons
Gau
ge b
oson
s C
I D
M
LQ
Hea
vy
quar
ks
Exc
ited
ferm
ions
O
ther
ADD GKK + g /q ADD non-resonant ℓ ℓ ADD QBH → ℓ q ADD QBH ADD BH high L pT ADD BH multijet RS1 GKK → ℓ ℓ RS1 GKK → γγ Bulk RS GKK → WW → qqℓν Bulk RS GKK → HH → bbbb Bulk RS gKK → t t 2UED / RPP
− 2 e, µ 1 e, µ
− ≥ 1 e, µ
− 2 e, µ 2 γ
1 e, µ
≥ 1 j − 1 j 2 j
≥ 2 j ≥ 3 j
− − 1 J 4 b
Yes − − − − − − −
Yes
3.2 20.3 20.3 15.7
3.2 3.6
20.3 3.2
13.2 13.3 20.3
3.2
n = 2 n = 3 HLZ
1604.07773 1407.2410
6.58 TeV M D
4.7 TeV M S
n = 6 n = 6
1311.2006 ATLAS-CONF-2016-069
5.2 TeV M th
8.7 TeV M th
n = 6, M D = 3 TeV, rot BH 1606.02265 8.2 TeV M th
n = 6, M D = 3 TeV, rot BH k/M Pl = 0.1 k/M Pl = 0.1 k/M Pl = 1.0 k/M Pl = 1.0 BR = 0.925
1512.02586 1405.4123 1606.03833
ATLAS-CONF-2016-062 ATLAS-CONF-2016-049
1505.07018
9.55 TeV M th
2.68 TeV GKK mass 3.2 TeV GKK mass
1.24 TeV GKK mass
− − 360-860 GeV GKK mass gKK mass 1 e, µ ≥ 1 b, ≥ 1J/2j Yes 2.2 TeV
1 e, µ ≥ 2 b, ≥ 4 j Yes Tier (1,1), BR(A(1,1) → t t ) = 1 ATLAS-CONF-2016-013 1.46 TeV KK mass
SSM Z ′ → ℓ ℓ SSM Z ′ → ττ Leptophobic Z ′ → bb SSM W ′ → ℓν
2 e, µ 2 τ −
1 e, µ HVT W ′ → WZ → qqνν model A 0 e, µ gV = 1
− −
2 b −
1 J 2 J
− − −
Yes Yes −
ATLAS-CONF-2016-082 ATLAS-CONF-2016-055 HVT W ′ → WZ → qqqq model B −
HVT V ′ → WH /ZH model B multi-channel gV = 3 gV = 3
3.0 TeV W ′ mass 1607.05621 2.31 TeV V ′ mass
LRSM W ′ → tb R
13.3 19.5
3.2 13.3 13.2 15.5
3.2 20.3 20.3
ATLAS-CONF-2016-045 1502.07177
4.05 TeV Z′ mass 2.02 TeV Z′ mass
1603.08791 1.5 TeV Z′ mass ATLAS-CONF-2016-061 4.74 TeV W ′ mass
2.4 TeV W ′ mass
1 e, µ 0 e, µ
2 b, 0-1 j Yes 1410.4103 1.92 TeV W ′ mass W ′ mass LRSM W ′ → tb R ≥ 1 b, 1 J − 1408.0886 1.76 TeV
CI qqqq CI ℓ ℓ qq CI uutt
− 2 j − 15.7 3.2
2(SS)/≥3 e,µ ≥1 b, ≥1 j Yes 20.3
19.9 TeV ηLL = −1 ATLAS-CONF-2016-069 Λ 2 e, µ − − 25.2 TeV ηLL = −1 1607.03669
1504.04605 Λ
|CRR | = 1 4.9 TeV Λ
Axial-vector mediator (Dirac DM) 0 e, µ ≥ 1 j Axial-vector mediator (Dirac DM) 0 e, µ, 1 γ 1 j ZZ χχ EFT (Dirac DM) 0 e, µ 1 J, ≤ 1 j
Yes Yes Yes
3.2 3.2 3.2
gq =0.25, gχ =1.0, m(χ) < 250 GeV 1604.07773 1.0 TeV mA
gq =0.25, gχ =1.0, m(χ) < 150 GeV m(χ) < 150 GeV
1604.01306 ATLAS-CONF-2015-080
710 GeV 550 GeV
mA
M ∗
Scalar LQ 1st gen Scalar LQ 2nd gen Scalar LQ 3rd gen
2 e 2 µ
1 e, µ
≥ 2 j − 3.2 3.2
≥1 b, ≥3 j Yes 20.3
β = 1 β = 1 β = 0
1605.06035 1605.06035 1508.04735
1.1 TeV LQ mass ≥ 2 j − 1.05 TeV LQ mass
640 GeV LQ mass
VLQ T T → Ht + X VLQ YY → Wb + X VLQ BB → Hb + X VLQ BB → Zb + X VLQ QQ → WqWq VLQ T 5/3 T 5/3 → W tWt
1 e, µ 1 e, µ 1 e, µ
≥ 2 b, ≥ 3 j Yes 20.3 ≥ 1 b, ≥ 3 j Yes 20.3 ≥ 2 b, ≥ 3 j Yes 20.3
20.3 20.3 3.2
T in (T,B) doublet 1505.04306 855 GeV T mass Y in (B,Y) doublet 1505.04306 770 GeV Y mass isospin singlet 1505.04306 735 GeV B mass
2/≥3 e, µ ≥2/≥1 b − B in (B,Y) doublet 1409.5500 1509.04261
ATLAS-CONF-2016-032
755 GeV B mass 1 e, µ ≥ 4 j Yes 690 GeV Q mass
2(SS)/≥3 e,µ ≥1 b, ≥1 j Yes 990 GeV T5/3 mass
Excited quark q∗ → qγ Excited quark q∗ → qg Excited quark b∗ → bg Excited quark b∗ → Wt Excited lepton ℓ ∗ Excited lepton ν∗
1 γ −
1 j 2 j
− 1 b, 1 j −
− −
3.2 15.7
8.8 20.3 20.3 20.3
only u∗ and d ∗, Λ = m(q∗) only u∗ and d ∗, Λ = m(q∗)
1512.05910 4.4 TeV 5.6 TeV
q∗ mass q∗ mass ATLAS-CONF-2016-069
ATLAS-CONF-2016-060 2.3 TeV b∗ mass 1 or 2 e, µ 1 b, 2-0 j Yes fg = fL = fR = 1
Λ = 3.0 TeV 1510.02664 1411.2921
1.5 TeV b∗ mass ℓ ∗ mass 3 e, µ
3 e, µ, τ − −
− −
3.0 TeV Λ = 1.6 TeV 1411.2921 1.6 TeV ν∗ mass
LSTC aT → W γ LRSM Majorana ν Higgs triplet H ±± → ee
1 e, µ, 1 γ 2 e, µ
2 e (SS) 3 e, µ, τ 1 e, µ
−
− 2 j − −
1 b − −
Yes − − −
Yes − −
20.3 20.3 13.9 20.3 20.3 20.3
7.0
1407.8150 1506.06020
960 GeV aT mass N0 mass m(WR ) = 2.4 TeV, no mixing
DY production, BR(H ±± 2.0 TeV
L → ee)=1 ATLAS-CONF-2016-051 570 GeV H± ± mass Higgs triplet → ℓ τ H ±± DY production, BR(HL → ℓτ)=1 ±± 1411.2921
1410.5404 400 GeV H± ± mass
spin-1 invisible particle mass Monotop (non-res prod) Multi-charged particles Magnetic monopoles
anon−res = 0.2 657 GeV DY production, |q| = 5e 1504.04188 785 GeV multi-charged particle mass
− DY production, |g | = 1gD , spin 1/2 1509.08059 1.34 TeV monopole mass
Mass scale [TeV] 10−1 1 10
ATLAS Preliminary √s = 8, 13 TeV
Reference
√s = 8 TeV √s = 13 TeV
ATLAS Exotics Searches* - 95% CL Exclusion Status: August 2016 {
L dt = (3.2 - 20.3) fb−1
*Only a selection of the available mass limits on new states or phenomena is shown. Lower bounds are specified only when explicitly not excluded. †Small-radius (large-radius) jets are denoted by the letter j (J).
Le LHC et les recherches de nouvelle physique ?
Model e, µ, τ, γ Jets E miss −1
T L dt[fb ] Mass limit
Incl
usiv
e S
earc
hes
3rd g
en.
dire
ct p
rodu
ctio
n
g m
ed.
3rd g
en. s
quar
ks
EW
di
rect
Lo
ng-li
ved
parti
cles
R
PV
Other Scalar charm, c
1507.05525 ATLAS-CONF-2016-078 qq, q→ q χ 0
1 0 2-6 jets Yes mono-jet 1-3 jets Yes
0 2-6 jets Yes 0 2-6 jets Yes
3 e, µ 4 jets - 2 e, µ (SS) 0-3 jets Yes
Yes Yes Yes Yes Yes Yes
m(χ0 )<200 GeV, m(1st gen. q)=m(2nd gen. q) 1 1.35 TeV
qq, q→ q χ 0 1 (compressed) m(q)-m( 1
χ0 )<5 GeV 1604.07773
ATLAS-CONF-2016-078 ATLAS-CONF-2016-078
608 GeV q
˜ , → qq gg g χ 0 1 1.86 TeV m( )=0 GeV χ 0
1 g
gg, g→ qq → χ ± 1 qqW± χ
0 1
m(χ0 )<400 GeV, m(χ± )=0.5(m(χ0 )+m(g )) 1 1 1.83 TeV g
gg, g→ qq(ℓ ℓ /νν) χ 0 1
m(χ0 )<400 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-037 1.7 TeV g
gg, g→ qqWZ χ 0 1 m( ) <500 GeV χ 0
1 ATLAS-CONF-2016-037 1.6 TeV g GMSB (ℓ NLSP) 1-2 τ + 0-1 ℓ 0-2 jets 1607.05979
1606.09150 1507.05493
ATLAS-CONF-2016-066 1503.03290 1502.01518
2.0 TeV g GGM (bino NLSP) 2 γ
γ γ 2 e, µ (Z)
0
- 1 b
2 jets 2 jets
mono-jet
cτ (NLSP)<0.1 mm 1.65 TeV g GGM (higgsino-bino NLSP) m(χ0 )<950 GeV, cτ (NLSP)<0.1 mm, µ<0
1 1.37 TeV g GGM (higgsino-bino NLSP) m(χ0 )>680 GeV, cτ (NLSP)<0.1 mm, µ>0
1 1.8 TeV g GGM (higgsino NLSP) m(NLSP)>430 GeV 900 GeV g
Gravitino LSP m(G)>1.8 × 10−4 eV, m(g)=m(q)=1.5 TeV 865 GeV F1/2 scale
gg, g→ bb χ 0 1 0
0-1 e, µ 0-1 e, µ
3 b 3 b 3 b
Yes Yes Yes
14.8 14.8 20.1
1.89 TeV m(χ0 )=0 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-052
ATLAS-CONF-2016-052 1407.0600
g gg, g→ tt χ 0
1+ 1.89 TeV m(χ0 )=0 GeV 1 g
gg, g→ btχ 1 m(χ0 )<300 GeV 1 1.37 TeV g
˜ ˜ χ b b , b → 1 1 1 b 0 1 0
2 e, µ (SS) 0-2 e, µ
2 b 1 b
1-2 b
Yes Yes
3.2 13.2
m(χ1 )<100 GeV 0 1606.08772 840 GeV b 1
b1 1 1 1 ˜ χ ± b , b → t m(χ0 )<150 GeV, m(χ± )= m(χ0 )+100 GeV 1 1 1 ATLAS-CONF-2016-037 1209.2102,
ATLAS-CONF-2016-077 1506.08616, ATLAS-CONF-2016-077
1604.07773 1403.5222
ATLAS-CONF-2016-038 1506.08616
325-685 GeV b 1
t t , t → 1 1 1 1 b χ ± Yes 4.7/13.3 m(χ± ) = 2m(χ0 ), m(χ0 )=55 GeV 1 1 1 t1117-170 GeV 200-720 GeV
t t , t → 1 1 1 Wb χ 0 0 1 or tχ 1 0-2 e, µ 0-2 jets/1-2 b Yes 4.7/13.3 m(χ1 )=1 GeV 0 90-198 GeV 205-850 GeV t1
t1 t1 , t1→ c 1 ˜ χ0 0 2 e, µ (Z) 3 e, µ (Z)
1 e, µ
mono-jet 1 b 1 b
Yes Yes Yes
3.2 20.3 13.3 20.3
m(t1 )-m(χ1 )=5 GeV 0 90-323 GeV t1
t1 t1 (natural GMSB) m(χ0 )>150 GeV 1 150-600 GeV t1
t2
t2
t2 t2 , t2→ t1 + Z m(χ0 )<300 GeV 1 290-700 GeV
˜ t , t → t + h t2 2 2 1 6 jets + 2 b Yes m(χ0 )=0 GeV 1 320-620 GeV
ℓ L,R ℓ L,R , ℓ ℓ χ 0
→ 1
2 e, µ 2 e, µ 2 τ
3 e, µ 2-3 e, µ e, µ, γ
4 e, µ 1 e, µ + γ 2
γ
0 0 - 0
0-2 jets 0-2 b
0 - -
Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
20.3 13.3 14.8 13.3 20.3 20.3 20.3 20.3 20.3
m(χ1 )=0 GeV 0 1403.5294 ATLAS-CONF-2016-096
90-335 GeV ℓ χ +χ − χ + ˜
1 1 , 1 → ℓν (ℓ ν) m(χ0 )=0 GeV, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ± )+m(χ0 )) 1 1 1 640 GeV χ ±
1 χ +χ − χ + 1 1 , 1 → τ ν(τ ν) m( 1 )=0 GeV, m(τ, ν)=0.5(m( 1 )+m( 1 )) χ0 χ± χ0
ATLAS-CONF-2016-093 ATLAS-CONF-2016-096 1403.5294, 1402.7029
1501.07110 1405.5086
1507.05493 1507.05493
580 GeV χ ± 1
χ ±χ 0 ˜ ˜ 1 2→ ℓ Lνℓ Lℓ (νν), ℓ νℓ Lℓ (νν) m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ± )+m(χ0 )) 1 2 1 1 1 1.0 TeV χ ± , χ 0
1 2 χ ±χ 0 χ 0 χ 0
1 2→ W 1Z 1 m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, ℓ decoupled
1 2 1 425 GeV χ ± , χ 0
1 2 χ ±χ 0 χ 0 χ 0
1 2 1 1 → W h , h→ bb/WW/ττ/γγ ¯ m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, ℓ decoupled 1 2 1 270 GeV χ ± , χ 0
1 2 χ 0 χ 0 χ 0 ˜
2 3, 2,3 → ℓ R ℓ m(χ0 )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ0 )+m(χ0 )) 2 3 1
cτ<1mm cτ<1mm
2 1 635 GeV χ 0 2,3
GGM (wino NLSP) weak prod. 115-370 GeV W
GGM (bino NLSP) weak prod. 590 GeV W
Direct prod., long-lived χ 1 χ 1 + − χ ± Disapp. trk
χ 1 dE/dx trk 0
trk dE/dx trk
1 1 jet -
1-5 jets - - - - - -
Yes Yes Yes
- - -
Yes - -
20.3 18.4 27.9
3.2 3.2
19.1 20.3 20.3 20.3
m( )-m( ) 160 MeV, τ ( )=0.2 ns χ± χ 1 1 0
∼ χ± 1 1310.3675
1506.05332 1310.6584 1606.05129 1604.04520 1411.6795 1409.5542 1504.05162 1504.05162
270 GeV χ ± 1
Direct prod., long-lived χ 1 χ 1 + −
± m( )-m( ) 160 MeV, τ ( )<15 ns χ1 χ ± 0
1 ∼ χ1 ± 495 GeV χ ±
1
Stable, stopped g R-hadron m( 1 )=100 GeV, 10 µs<τ (g)<1000 s χ0 850 GeV g Stable g R-hadron 1.58 TeV g Metastable g R-hadron m(χ0 )=100 GeV, τ>10 ns
1 1.57 TeV g
GMSB, stable τ , → χ 0 1 τ (e, µ )+τ (e, µ) 1-2 µ
2 γ displ. ee/eµ/µµ displ. vtx + jets
10<tanβ<50 537 GeV χ 0 1
GMSB, → G, long-lived χ γ ˜ 0 1
χ 0 1 1<τ ( 1 )<3 ns, SPS8 model χ0 440 GeV χ 0
1
gg, → χ 0 1 eeν/eµν/µµν 7 <cτ (χ0 )< 740 mm, m(g )=1.3 TeV
1 1.0 TeV χ 0 1
GGM gg, → G χ ˜ 0 1 Z 6 <cτ (χ1 ) 0 < 480 mm, m(g )=1.1 TeV 1.0 TeV χ 0
1
LFV pp→ ντ + X, ντ→ eµ/eτ/µτ
1 1 , 1 → W 1, 1→ eeν, eµν, µµν 1 12k
eµ,eτ ,µτ 2 e, µ (SS)
4 e, µ 3 e, µ + τ
- 0-3 b
- -
- Yes Yes Yes
1.14 TeV 1 χ +χ − χ + χ 0 χ 0
1 1 , 1 → W 1, 1→ ττν e, eτντ m(χ0 )>0.2 m(χ± ), λ *0
1 × 1 133
1405.5086 ATLAS-CONF-2016-057
450 GeV χ ± 1
gg, g→ qqq 0 4-5 large-R jets - BR(t)=BR(b)=BR(c)=0% 1.08 TeV g
gg, g→ qq , → qqq χ χ 0 0 1 1
0 4-5 large-R jets - m(χ0 )=800 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-057 1.55 TeV g
gg, g→ tt , → qqq χ χ 0 0 1 1
1 e, µ 8-10 jets/0-4 b - 1 e, µ 8-10 jets/0-4 b -
m(χ0 )=700 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-094 1.75 TeV g
gg, g→ t1 t, t1→ bs 625 GeV<m(t1 )<850 GeV ATLAS-CONF-2016-094 1.4 TeV g ˜ t , t → bs t1 1 1
3.2 20.3 13.3 20.3 14.8 14.8 14.8 14.8 15.4 20.3
λ ′ 311 =0.11, λ132/133/233 =0.07 1607.08079 1.9 TeV ντ
Bilinear RPV CMSSM m(q)=m(g ), cτLS P <1 mm 1404.2500 ATLAS-CONF-2016-075
1.45 TeV q, g χ +χ − χ + χ 0 χ 0 m(χ0 )>400GeV, λ *0 (k = 1, 2) χ ±
0 2 e, µ
2 jets + 2 b - 2 b -
ATLAS-CONF-2016-022, ATLAS-CONF-2016-084 410 GeV 450-510 GeV t 1
˜ t , t → bℓ t1 1 1 BR(t1 → be/µ)>20% ATLAS-CONF-2015-015 0.4-1.0 TeV t1
→ c χ 0 1 0 2 c Yes 20.3 m(χ1 )<200 GeV 0 1501.01325 510 GeV c
1
ATLAS Preliminary √ s = 7, 8, 13 TeV
Reference MSUGRA/CMSSM 0-3 e, µ /1-2 τ 2-10 jets/3 b Yes 20.3
13.3 3.2
13.3 13.3 13.2 13.2
3.2 3.2
20.3 13.3 20.3 20.3
1.85 TeV m(q)=m(g ) q, g q
√ s = 7, 8 TeV √ s = 13 TeV
ATLAS SUSY Searches* - 95% CL Lower Limits Status: August 2016
*Only a selection of the available mass limits on new
Le LHC et les recherches de nouvelle physique ?
Model e, µ, τ, γ Jets E miss −1
T L dt[fb ] Mass limit
Incl
usiv
e S
earc
hes
3rd g
en.
dire
ct p
rodu
ctio
n
g m
ed.
3rd g
en. s
quar
ks
EW
di
rect
Lo
ng-li
ved
parti
cles
R
PV
Other Scalar charm, c
20.3 13.3
3.2 13.3 13.3 13.2 13.2
3.2 3.2
20.3
1507.05525 ATLAS-CONF-2016-078 qq, q→ q χ 0
1 0 2-6 jets Yes mono-jet 1-3 jets Yes
0 2-6 jets Yes 0 2-6 jets Yes
3 e, µ 4 jets - 2 e, µ (SS) 0-3 jets Yes
Yes Yes Yes
m(χ0 )<200 GeV, m(1st gen. q)=m(2nd gen. q) 1 1.35 TeV
qq, q→ q χ 0 1 (compressed) m(q)-m( 1
χ0 )<5 GeV 1604.07773 ATLAS-CONF-2016-078 ATLAS-CONF-2016-078
608 GeV q
˜ , → qq gg g χ 0 1 1.86 TeV m( )=0 GeV χ 0
1 g
gg, g→ qq → χ ± 1 qqW± χ
0 1
m(χ0 )<400 GeV, m(χ± )=0.5(m(χ0 )+m(g )) 1 1 1.83 TeV g
gg, g→ qq(ℓ ℓ /νν) χ 0 1
m(χ0 )<400 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-037 1.7 TeV g
gg, g→ qqWZ χ 0 1 m( ) <500 GeV χ 0
1 ATLAS-CONF-2016-037 1.6 TeV g GMSB (ℓ NLSP) 1-2 τ + 0-1 ℓ 0-2 jets 2.0 Te g GGM (bino NLSP) 2 γ
γ γ
- 1 b
2 jets
1.65 TeV g GGM (higgsino-bino NLSP) g 1.37 TeV GGM (higgsino-bino NLSP) Yes 13.3 1.8 TeV m( 1 )>680 GeV, cτ (NLSP)<0.1 mm, µ>0 ATLAS-CONF-2016-066
Z) 2 jets Yes 20.3 g 900 GeV m(NLSP)>430 GeV 1503.03290 mono-jet Yes 20.3 F1/2 scale 865 GeV m(G)>1.8 × 10−4 eV, m(g)=m(q)=1.5 TeV 1502.01518
3 b Yes 14.8 g 1.89 TeV m(χ0 )=0 GeV ATLAS-CONF-2016-052 1
3 b Yes 14.8 g 1.89 TeV m(χ0 )=0 GeV ATLAS-CONF-2016-052 1
3 b Yes 20.1 g 1.37 TeV m(χ0 )<300 GeV 1407.0600 1
2 b Yes 3.2 b 840 GeV m(χ0 )<100 GeV 1606.08772
1 1 S) 1 b Yes 13.2 b 325-685 GeV m(χ0 )<150 GeV, m(χ± )= m(χ0 )+100 GeV ATLAS-CONF-2016-037 1 1 1 1
1-2 b Yes 4.7/13.3 tt117-11 170 GeV 200-720 GeV m(χ±) = 2m(χ0 ), m(χ0 )=55 GeV 1209.2102, ATLAS-CONF-2016-077 1 1 1
0-2 jets/1-2 b Yes 4.7/13.3 tt11 90-198 GeV 205-850 GeV m(χ0 )=1 GeV 1506.08616, ATLAS-CONF-2016-077 1
0 mono-jet Yes 3.2 t1 90-323 GeV m(t1 )-m(χ1 )=5 GeV 1604.07773 Z) 1 b Yes 20.3 t1 150-600 GeV m(χ0 )>150 GeV 1403.5222
1 Z) 1 b Yes 13.3 t2 290-700 GeV m(χ0 )<300 GeV ATLAS-CONF-2016-038
1 6 jets + 2 b Yes 20.3 t2 320-620 GeV m(χ0 )=0 GeV 1506.08616
1
0 Yes 20.3 ℓ 90-335 GeV m(χ0 )=0 GeV 1403.5294 1
0 Yes 13.3 χ ± 640 GeV m(χ0 )=0 GeV, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ± )+m(χ0 )) ATLAS-CONF-2016-096 1 1 1 1
- Yes 14.8 χ ± 580 GeV m(χ0 )=0 GeV, m(τ, ν)=0.5(m(χ± )+m(χ0 )) ATLAS-CONF-2016-093 1 1 1 1
0 Yes 13.3 χ ± , χ 0 1.0 TeV m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ± )+m(χ0 )) ATLAS-CONF-2016-096 1 2 1 2 1 1 1
0-2 jets Yes 20.3 χ ± , χ 0 425 GeV m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, ℓ decoupled 1403.5294, 1402.7029 1 2 1 2 1
0-2 b Yes 20.3 χ ± , χ 0 270 GeV m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, ℓ decoupled 1501.07110 1 2 1 2 1
0 Yes 20.3 χ 0 635 GeV m(χ0 )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ0 )+m(χ0 )) 1405.5086 2,3 2 3 1 2 1
γ - Yes 20.3 W 115-370 GeV cτ<1mm 1507.05493 - Yes 20.3 W 590 GeV cτ<1mm 1507.05493
trk 1 jet Yes 20.3 χ ± 270 GeV m(χ± )-m(χ0 )∼160 MeV, τ (χ± )=0.2 ns 1310.3675 1 1 1 1
k - Yes 18.4 χ ± 495 GeV m(χ± )-m(χ0 )∼160 MeV, τ (χ± )<15 ns 1506.05332 1 1 1 1
1-5 jets Yes 27.9 g 850 GeV m(χ0 )=100 GeV, 10 µs<τ ( g)<1000 s 1310.6584 1
- - 3.2 g 1.58 TeV 1606.05129 k - - 3.2 g 1.57 TeV m(χ0 )=100 GeV, τ>10 ns 1604.04520
1 - - 19.1 χ 0 537 GeV 10<tanβ<50 1411.6795
1 - Yes 20.3 χ 0 440 GeV 1<τ (χ0 )<3 ns, SPS8 model 1409.5542
1 1
g χ0
GGM (higgsino NLSP) 2 e, µ ( 0 Gravitino LSP
gg, g→ bb χ 0 1 0
gg, g→ tt χ 0 1+
0-1 e, µ gg, g→ btχ 1 0-1 e, µ
˜ ˜ χ b b , b → 1 1 1 1 b 0 0 ˜ ˜ b b , b → 1 1 1 1 t χ ± 2 e, µ (S t t , t → 1 1 1 1 b χ ± 0-2 e, µ t1 t1 , t1→ Wb 1 or t 1 χ 0 χ 0 0-2 e, µ t t , t → c 1 1 1 1 χ 0 0
2 e, µ ( 3 e, µ (
t1 t1 (natural GMSB) t2 t2 , t2→ t1 + Z t2 t2 , t2→ t1 + h 1 e, µ ℓ L,R ℓ L,R , ℓ ℓ χ 0
→ 1
2 e, µ χ +χ − χ + ˜
1 1 , 1 → ℓν (ℓ ν) 2 e, µ χ +χ − χ +
1 1 , 1 → τ ν(τ ν) 2 τ χ ±χ 0 ˜ ˜ 1 2→ ℓ Lνℓ Lℓ (νν), ℓ νℓ Lℓ (νν) 3 e, µ χ ±χ 0 χ 0 χ 0
1 2→ W 1Z 1 2-3 e, µ χ ±χ 0 χ 0 χ 0
1 2 1 1 → W h , h→ bb/WW/ττ/γγ ¯ e, µ, γ χ 0 χ 0 χ 0 ˜
2 3, 2,3 → ℓ R ℓ 4 e, µ GGM (wino NLSP) weak prod. 1 e, µ + GGM (bino NLSP) weak prod. 2 γ
Direct prod., long-lived χ 1 χ 1 + − χ ± Disapp.
1
Direct prod., long-lived χ 1 χ 1 + − χ ±
1 dE/dx tr Stable, stopped g R-hadron 0
trk Stable g R-hadron Metastable g R-hadron dE/dx tr GMSB, stable τ , → χ 0
1 τ (e, µ )+τ (e, µ) 1-2 µ GMSB, → G, long-lived χ γ ˜ 0
1 χ 0
1 2 γ
gg, → χ 0 1 eeν/eµν/µµν displ. ee/eµ/µµ - - 20.3 χ
20.3
7 <cτ (χ0 )< 740 mm, m(g )=1.3 TeV 1 1504.05162
1504.05162 1.0 TeV
0 1
GGM gg, → G χ Z 0 1 displ. vtx + jets - - 6 <cτ ( 1 )< 480 mm, m(g )=1.1 TeV χ0 1.0 TeV χ 0
1
LFV pp→ ντ + X, ντ→ eµ/eτ/µτ eµ,eτ ,µτ 2 e, µ (SS)
4 e, µ 3 e, µ + τ
- 0-3 b
- -
- Yes Yes Yes
3.2 20.3 13.3 20.3 14.8 14.8 14.8 14.8 15.4 20.3
λ ′ 311 =0.11, λ132/133/233 =0.07 1607.08079 1404.2500
1.9 TeV ντ
q, g Bilinear RPV CMSSM m(q)=m(g ), cτLS P <1 mm 1.45 TeV χ +χ − χ + χ 0 χ 0
1 1 , 1 → W 1, 1→ eeν, eµν, µµν m(χ0 )>400GeV, λ *0 (k = 1, 2) 1 12k ATLAS-CONF-2016-075 1.14 TeV χ ±
1 χ +χ − χ + χ 0 χ 0
1 1 , 1 → W 1, 1→ ττν e, eτντ m(χ0 )>0.2 m(χ± ), λ *0 1 1 133
× BR(t)=BR(b)=BR(c)=0%
1405.5086 ATLAS-CONF-2016-057
450 GeV χ ± 1
gg, g→ qqq 0 4-5 large-R jets - 1.08 TeV g
gg, g→ qq , → qqq χ χ 0 0 1 1
0 4-5 large-R jets - m(χ0 )=800 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-057 1.55 TeV g
gg, g→ tt → qqq χ , χ 0 0 1 1
1 e, µ 8-10 jets/0-4 b - 1 e, µ 8-10 jets/0-4 b -
m(χ0 )=700 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-094 1.75 TeV g
˜ t, t → bs 625 GeV<m(t1 )<850 GeV ATLAS-CONF-2016-094 1.4 TeV g t1 t1 , t1→ bs t1 t1 , t1→ bℓ
0 2 e, µ
2 jets + 2 b - 2 b -
ATLAS-CONF-2016-022, ATLAS-CONF-2016-084 410 GeV 450-510 GeV t1
BR(t1 → be/µ)>20% ATLAS-CONF-2015-015 0.4-1.0 TeV t1
→ c χ 0 1 0 2 c Yes 20.3 m(χ1 )<200 GeV 0 1501.01325 510 GeV c
1
ATLAS Preliminary √ s = 7, 8, 13 TeV
Reference MSUGRA/CMSSM 0-3 e, µ /1-2 τ 2-10 jets/3 b Yes 1.85 TeV m(q)=m(g ) q, g
q
√ s = 7, 8 TeV √ s = 13 TeV
ATLAS SUSY Searches* - 95% CL Lower Limits Status: August 2016
*Only a selection of the available mass limits on new
On explore t ous les modes de désint égrat ions possibles pour: 1/ rechercher de nouvelles par t icules qui pour raient être produites à ces énergies j amais explorées 2/ rechercher plus précisement un candidat Mat ière Noire.
V 1607.05979
cτ(NLSP)<0.1 mm 1606.09150 m(χ0 )<950 GeV, cτ(NLSP)<0.1 mm, µ<0
1 1507.05493
Au delà du Modèle Standard Une extension nat urelle du Modèle Standard est la SuperSymmét r ie (SUSY)
SUSY est une symmét r ie qui connecte les bosons et les fer mions Chaque part icule du Modèle Standard a un partenaire SUSY,
* avec un spin dif férent d’une ½ unit é * et une valeurs dif férente de R- par it y R=(-1)3(B-L)+2S
Le Neut ralino le plus léger est le candidat Mat ière Noire idéal !
En fonct ion du contenu de l’extension il y a de mult iples modèles SUSY
mSUGRA/ CMSSM
MSSM
NMSSM Adap
ted
from
Rizz
o
Au delà du Modèle Standard
“Les plus simples” : Minimales extensions au Modèle Standard
Le NMS S M est encore peu exploré, il per met de concilier les résultat s du GCE par Fer mi et toutes les mesures act uelles
MSSM
Higgs superpotential
Higgs sector
5R (Hi , H ) ---+ ( ho, Ho )
Ss (Hi , H ) ---+ ( A )
Neutra lino sector
(8,.., , w"' , H,.., u , H,.., d ) ( "' 0 X,..,o2 , X,..,3o , X,..,4o ---+ X1, )
Z3-invariant NMSSM
Higgs su perpotentia l
Higgs sector
(H , H , 5)
---+ ( Hf , Hg, H) Ss ( H , H ,S) ---+ (A1, A2 )
Neutra lino sector
free parameters (Hu) _ ( Hd ) , µeff = À(S), À, K , A\ , Ai< , ta n fJ
M1, M2 , M 3, m ;, mt; , m ., mj_, m ; , At , Ab, AT I I
semi-const rained Z3-invariant NMSSM
Higgs superpotenti a l
H iggs sector
(H , H , 5) ---+ ( Hf , Hg, Hg)
Ss ( H , H , 5) ---+ (A1, A2 )
Neutra lino sector
free parameters
_ (Hu) _ = .À (5), M1;2 , mo , Ao .À, K , A>., A"' , ta n /3 = (Hd ) , µeff
Mat iére Noire et SUSY *Ear ly Universe: all part icules are in t her mal equilibr ium. *The Universe cools down and expands: interact ion rate too small for equilibr ium *As t he densit y decreases t he annihilat ion rate becomes small compared t o t he expansion: th is is t he LSP (Lightest supersymmet r ic part icle) f reeze out.
H: t he Hubble expansion rate
t her mally averaged annihilat ion cross-sect ion
number densit y in t her mal equilibr ium
product ion processes
The number densit y of DM part icle is given by:
Dilut ion f rom expansion
Annihilat ion processes
∧cdmh2≈1. / <σv>
➢ Complexit é des modèles t héor iques ➢ Complexit é de l’analyses des données ➢ Maît r ise des aspect s combinaison de données et fit s mult i paramètres
Nécessit é de rassembler des t héor iciens et des expérimentateurs => 5 laboratoires du CNRS: - L2C (Mont pellier): Jean- Loic Kneur et Gilber t Moultaka [a]
- LUPM (Mont pellier): Cyr il Hugonie [a] - LPC (Cler mont Fer rand): Ana Texeira [a] - LPT (Orsay): Ulr ich Ellwanger [a]
- LAL (Orsay): Laurent Duflot, Sophie Henrot-Versillé, Dirk Zerwas [c] [a] t héor iciens [c] expérimentateurs
Not re Proj et BSMLHCCosmo
+Xenon100 + Higgs Couplings
Which to ol for which computat ion: Light Higgs mass Higgs BR Cold DM densit y
: SUSPECT2 : SUSY-HIT HDECAY : MICROMEGAS
Elect roweak precision : SUSYPOPE B decay & (g-2)µ : SUSPECT2+MICROMEGAS
The input measurement s => m(Higgs), and ∧cdm are t he most const raining
∧cdm [ Planck vs. Wmap]
m(higgs)
Cont raindre SUSY: comment ?
4000
M1 [GeV]
0 1000 2000 3000
M2
[GeV
]
0
2000
1500
1000
500
4000
3500
3000
2500
0.022
0.02
0.018
0.016
0.014
0.012
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
0 4000
M1 [GeV]
0 1000 2000 3000 µ
[GeV
] -2000
0
-500
-1000
-1500
2000
1500
1000
500
0.022
0.02
0.018
0.016
0.014
0.012
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
0
Bino-Higgsino region for |M1|≈|µ| and µ<0 [neut ralino ≈50% Bino/ 50% Higgsino ] An example : m(χ~0 )=768GeV Chargino/ Neut ralino co- annihilat ion 1
Large Higgsino Region split t ed into µ≈±1.2TeV Chargino/ Neut ralino annihilat ion dominates Example : m(χ0 )=1TeV 1
Exemple: le MSSM
=> Difficile de t rouver une zone compat ible avec le GCE et non deja exclue par le LHC
Nombre de paramètres à cont raindre: 14
SHV et al. Phys. Rev. D 89, 055017 (2014)
le GCE et le NMSSM A BuNer et al. arXiv:1507.02288
• Dans le NMSSM on peut t rouver des candidat s mat ière noire compat ibles avec toutes les mesures act uelles (ast rophysiques, cosmologiques, m(Higgs) et couplages, physique du B, …
• NMSSM+GCE établit un lien ent re la mat ière noire et le rapport d’embranchement du Higgs en part icules de mat ière noire (non présent dans le MSSM)
The galact ic center excess [black points] - > neut ralino mass > 30GeV - > GCE fu lfilled for
mA1 < 2m(neut ralino)
Vers des signat ures du NMSSM @LHC
Act uellement : ét udes pour définir quels t ypes de signat ures pour raient per met t re de met t re en évidence le NMSSM au LHC
• Est imat ion des dif férent s bruit s de fond et de la faisabilit é de telles analyses
• … en cours
J. Knolle
Conclusion
Une for te synergie ent re t héor iciens et expérimentateurs est nécessaire dans ce domaine d’act ivit é Le NMSSM est un modèle SUSY dont l’ét ude est promet teuse pour expliquer toutes les mesures act uelles (ast ro, cosmo, physique des part icules au sens large) De nombreux acteurs dans ce domaine sont au CNRS, et t ravaillent/ publient ensemble Grace à Inphynit i: Organisat ion d’un workshop internat ional pour per met t re de faire f r uct ifier ce champ de recherche et définir de nouvelles voies d’explorat ion pour (in?)valider ce modèle avec les données à venir les 21 et 22 novembre prochain: hNps://indico.in2p3.fr/event/13682/overview
Backups
The neut ralino as LSP I n t he following we will assume t he lightest neut ralino t o be t he LSP. With R par ity conser vat ion: t he LSP is stable. The neut ralinos are linear combinat ions of t he neut ral Higgsinos and EW gauginos. The neut ralino mass mat r ix in t he gauge eigenstates basis (~B, W~ 0, ~H1, ~H2):
Bino LSP Light ~χ0
1
LSP wit h strong Higgsino component
Higgs funnel mH≈2m( χ~0 ) 1
Co- annihilat ion m(~τ)≈m(LSP)
Some cont r ibut ions t o t he annihilat ion/ co- annihilat ion cross sect ion:
top related