Actu - Le Tevatron voit les mêmes traces du boson de Higgs que le LHC

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Le boson de Higgs n'a pas encore été découvert mais les membres des collaborations CDF et DZero, analysant les données enregistrées par les deux détecteurs du Tevatron avant son arrêt définitif, viennent d'annoncer qu'ils voient des signes de l'existence du boson de Higgs standard, similaires à ceux des détecteurs Atlas et CMS du LHC.
On attendait la communication aujourd'hui, dans le cadre des célèbres Rencontres de Moriond, des derniers résultats provenant de...

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[Gwyddon]

Bonjour,

Je me permets quelques commentaires Laurent, en plus de ce que je t'ai dit hier.

Tout d'abord il est faut de dire que le Tevatron observe des traces du Higgs à la même masse que le LHC. Le Tevatron prétend avoir un excès sur toute une bande de masse, environ 115-140 GeV. Il n'y a aucune raison pour y préférer une masse plutôt qu'une autre
Donc l'argument comme quoi le Tevatron confirmerait la masse de 125 GeV est erroné. Il faudrait que tu modifies ton article à cet endroit

Ensuite quand on y regarde de plus près, cet excès est majoritairement dominé par une seule expérience, CDF. Et là ça pourrait donner encore plus de poids à ce que je t'ai dit hier... Cf l'histoire de l'excès dijet de CDF l'an dernier.

Ceci dit, laisse moi vérifier que ce que je t'ai dit hier n'est pas trop faux (je sais que ce que je t'ai dit s'applique parfaitement à l'excès dijet, mais pour le Higgs il me faut quelques vérifications).

Cordialement,

G.

[kalish]

ça me parait important comme précisions merci gwyddon. A part une erreur qu'est-ce qui peut expliquer que ce soit majoritairement une seule expérience qui voit l'excès d'énergie dans la bande 115-140? La sensibilité? Et quand tu dis majoritairement, c'est à quel point, les autres ne voient rien du tout du tout, ou c'est du même ordre de grandeur?

[Gwyddon]

Hello kalish,

Pour des raisons que je ne comprends pas, mon navigateur n'affiche pas l'icône de pièces jointes dans la fenêtre de réponse de cette discussion

Bref donc au lieu de poster une image, je vais t'indiquer le lien vers la présentation de combinaison du Tevatron à Moriond :

http://indico.in2p3.fr/getFile.py/ac...es&confId=6001

Va à la page 7, tu as les résultats individuels de CDF et D0. Ce sont des graphiques d'exclusion, il faut les lire ainsi : en pointillé c'est la section efficace maximale que l'on s'attend à tester dans un des détecteurs en l'absence d'un signal, les bandes vertes et jaunes sont les bandes statistiques à 1sigma et 2sigma. La ligne pleine est ce que l'on observe, à partir du moment où la section efficace maximale observée est plus élevée que 2sigma de la section efficace attendue (en l'absence de signal), c'est que l'on a un excès (intéressant) dans le coin. CDF l'a un peu autour de 120 GeV, D0 pas du tout.

Par contre lorsque l'on combine les résultats des deux expériences (page 15), de manière assez surprenante d'ailleurs, l'excès est un peu plus important et surtout plus large, sur cette bande 115-140 GeV dont j'ai parlé.

Cette recherche à basse masse se fait principalement dans le canal après une production majoritaire du Higgs en , où . Le bruit de fond est énorme, et ce genre d'analyse se fait à l'aide d'une analyse de la forme des distributions, on ne cherche pas un pic (contrairement aux canaux et utilisés au LHC et qui sont à l'origine d'ailleurs des pics que l'on commence à observer dans ATLAS et CMS).

Or j'estime (et je suis loin d'être le seul) que le Tevatron a sous-estimé les incertitudes que l'on a sur la connaissance de ce bruit de fond QCD. C'est pourquoi je prends ces résultats avec de grosses pincettes.

G.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mtheory]

Bonjour,

Je me permets quelques commentaires Laurent, en plus de ce que je t'ai dit hier.

Tout d'abord il est faut de dire que le Tevatron observe des traces du Higgs à la même masse que le LHC. Le Tevatron prétend avoir un excès sur toute une bande de masse, environ 115-140 GeV. Il n'y a aucune raison pour y préférer une masse plutôt qu'une autre
Donc l'argument comme quoi le Tevatron confirmerait la masse de 125 GeV est erroné. Il faudrait que tu modifies ton article à cet endroit .

Ah zut....les premières déclarations que j'avais lu me laissaient penser que la masse était confirmée Je vais modifier tout de suite. Merci !

[kalish]

ok, merci.Je voulais te demander: Est-ce que c'est pas un peu bizarre que le signal à moins de deux sigma du D0 (ou très très légèrement au dessus si on prend un gros trait ), vienne gonfler à ce point là les résultats combinés au delà de 2 sigma? Mais d'après l'intitulé "shown in the earlier talk from today", les résultats de la page 7 ne sont pas les plus récents.

Donc d'après ce que j'en comprends, le maximum supposé a l'air d'être à peu près 10 GeV au dessus de ce qu'on a trouvé au LHC si on est très litéral (p31). C'est difficile de se prononcer. On a la même significativité au dessus de 190 GeV.

[JPL]

Pour des raisons que je ne comprends pas, mon navigateur n'affiche pas l'icône de pièces jointes dans la fenêtre de réponse de cette discussion

Vide le cache de ton navigateur et recharge la page.

[Gwyddon]

Hello JPL,

Ça ne change rien, et ça ne me surprend pas : je n'ai pas de cache activé dans mon navigateur. Ça le fait uniquement sur cette discussion d'ailleurs

Mais bon ce n'est pas grave

Pour kalish : je suis un peu d'accord avec toi, je ne comprends pas trop ce gonflement des résultats, après il y a des techniques très sophistiquées d'analyse stat derrière, on n'a pas accès aux données donc difficile de se prononcer. Par contre les résultats page 7 sont bien les plus récents, ils sont les mêmes que les résultats présentés dans les présentations individuelles de D0 et CDF (d'où le "shown earlier today").

G.

[JPL]

Ah mais que je suis bête ! C'est voulu pour cette partie du forum et j'avais oublié. Je ne sais d'ailleurs pas quelle en est la raison.

[El Gringo]

Bonjour,

Quelques petits commentaires.

Va à la page 7, tu as les résultats individuels de CDF et D0. Ce sont des graphiques d'exclusion, il faut les lire ainsi : en pointillé c'est la section efficace maximale que l'on s'attend à tester dans un des détecteurs en l'absence d'un signal, les bandes vertes et jaunes sont les bandes statistiques à 1sigma et 2sigma. La ligne pleine est ce que l'on observe, à partir du moment où la section efficace maximale observée est plus élevée que 2sigma de la section efficace attendue (en l'absence de signal), c'est que l'on a un excès (intéressant) dans le coin. CDF l'a un peu autour de 120 GeV, D0 pas du tout.

Hmm... je vois un excès global autour de, disons, 115 et 140, pour les deux expériences (mais un peu plus prononcé pour CDF).
Notons deux choses:
- observer un excès d’évènements par rapport à ce qu'on l'attend n'est pas (forcément) signe de l'observation d'un nouveau signal. Cela peut-être du à une mauvaise estimation des bruits de fond, des fluctuations statistiques, etc...
- dans le cas de présence d'un signal de boson de Higgs, au vue du nombre de données disponibles par le Tevatron, il est malheureusement impossible d'en déduire une masse de l'object observé avec une bonne précision. Les analyses du Tevatron recherchent le boson de Higgs dans sa désintégration en 2 quarks bottom (quark b, anti-quark pour être précis). Ceux-ci sont observés dans les détecteurs comme des jets de particules (pions, kaons, photons, ...) collimés. Et la mesure de leur énergie (et de leur direction) est ainsi peu précise. Le signal attendu est donc une espèce de patate centrée autour de la valeur de la masse du Higgs.
On observe donc un excès global et étalé car le signal "bave" de tous les côtés...

Le bruit de fond est énorme, et ce genre d'analyse se fait à l'aide d'une analyse de la forme des distributions, on ne cherche pas un pic (contrairement aux canaux et utilisés au LHC et qui sont à l'origine d'ailleurs des pics que l'on commence à observer dans ATLAS et CMS).

En théorie, on pourrait faire ça aussi au Tevatron (les toutes premières analyses étaient comme ça...) en regardant la masse invariante quark b, anti-quark b, en comptant les évènements et en espérant voir un excès significatif autour d'une masse donnée. L'utilisation de techniques avancées combinant beaucoup plus d'informations:
- pas seulement le nombre d'évènements observés mais aussi la forme de la distribution regardée, cette forme étant différente pour le signal, car piquée autour d'une masse, et pour les bruits de fond, comme on peut le voir ici:
http://www-d0.fnal.gov/Run2Physics/W.../H121F07a.jpeg
(signal de boson de Higgs attendu, pour une masse de 115 GeV, en ligne rouge, les bruits de fond étant les histogrammes en couleurs)
- pas seulement la masse invariante quark b, anti-quark b, mais aussi les propriétés cinématiques (angles entre les jets de quarks, impulsion des jet de quark etc...) ou autres, combinées (non-)linéairement.
permet d'améliorer de manière significative la capacité à observer (ou non) le signal recherché.

Notons aussi que TOUTES les analyses du LHC font des analyses de "forme" et pas des simples comptages.

Or j'estime (et je suis loin d'être le seul) que le Tevatron a sous-estimé les incertitudes que l'on a sur la connaissance de ce bruit de fond QCD. C'est pourquoi je prends ces résultats avec de grosses pincettes.

Je ne comprends... Le bruit de fond "QCD" (c'est à dire provenant de la production multiples de quarks, donnant de multiplets jets dans le détecteur) n'est PAS le bruit de fond principal des analyses du Tevatron, loin de là... Les bruits de fond principaux sont la production de paires de quarks top ou de bosons W ou Z associée à deux quarks, comme sur ce diagramme de Feynman par exemple:
http://www-d0.fnal.gov/Run2Physics/t...bold_khaki.png

Qui sont donc ceux qui pensent qu'une éventuelle sous-estimation d'un bruit de fond secondaire (voire négligeable dans certaines analyses) pourrait remettre en cause les résultats du Tevatron ?

[Gwyddon]

Bonjour El Gringo,

Déjà je me permets de te contredire : la plupart des analyses LHC jusqu'à Moriond 2012 était du type "cut-analysis", à base de comptage. Ce n'est que très récemment que les analyses multi-variées sont arrivées. Et oui je le répète, les analyses dans les canaux di-photons et 4 leptons sont des analyses de pic, et non pas des "shape analysis" au sens où l'on cherche à obtenir un signal en comparant la forme globale des distributions signal+background versus background.

Ensuite tu joues de manière malhonnête sur les mots : un bruit de fond de quarks top n'est pas un bruit de fond venant de la QCD ?? Franchement...

Tu sais aussi bien que moi que pour le Tevatron l'incertitude sur les prédictions NLO des bruits de fond QCD (jets et compagnie) sont bien trop importantes pour un Higgs léger pour que ce dernier puisse trouver quelque chose de significatif. Passer magiquement d'un rapport S/B de 1/10 à 1, mais bien sûr !

Une bonne partie des théoriciens, moi y compris, est plus que sceptique sur ces résultats. À force de se la jouer "oui on est encore dans la course au Higgs", le Tevatron commence à devenir de moins en moins crédible. Pourquoi ne pas admettre une bonne fois pour toute que le temps du Tevatron est passé ?

Comme le disait humanino, la plupart des annonces "spectacle" qui ont ensuite été réfutées ces dernières années viennent du Tevatron ; c'est une merveilleuse machine, qui a produit de merveilleux résultats, mais qui à mon sens a souffert d'une politique scientifique trop agressive de la part de ses décideurs qui ont tenu à sur-vendre des résultats clairements sur-estimés (cf le "signal" Wjj), alors que la machine a produit de très bons résultats solidement établis qui n'ont pas été aussi bien vendus qu'ils auraient dû l'être à force de se focaliser sur la quête de résultats exotiques et/ou vendeurs (Higgs).

Cordialement,

G.

[El Gringo]

Bonjour,

Déjà je me permets de te contredire : la plupart des analyses LHC jusqu'à Moriond 2012 était du type "cut-analysis", à base de comptage. Ce n'est que très récemment que les analyses multi-variées sont arrivées. Et oui je le répète, les analyses dans les canaux di-photons et 4 leptons sont des analyses de pic, et non pas des "shape analysis" au sens où l'on cherche à obtenir un signal en comparant la forme globale des distributions signal+background versus background.

Désolé de devoir te contredire, mais je pense que tu confonds deux choses:
1) les analyses à base de coupures "rectangulaires" ("cut-analysis") VS analyses à base d'outils plus sophistiqués multi-dimensionelles ("analyse multi-variées")
2) et le traitement statistique du résultat final, qui peut être un simple comptage ou une manière plus sophistiquée utilisant aussi les formes.

Pour 1),
- on peut faire une analyse en regardant des variables discriminantes entre le signal recherché (S) et les bruits de fond (B): impulsion des leptons, angles entre leptons, etc... et, pour améliorer le rapport S/B, on coupe sur chacune des variables choisies au-dessus d'un seuil choisi pour éliminer le plus de bruits de fond tout en gardant le plus de signal. => "cut-analysis".
- on peut aussi, au lieu de couper individuellement sur chacune des variables, essayer notamment d'exploiter les corrélations entre chacune de ces variables et les combiner (non-)linéairement afin d'obtenir une seule variable finale synthétisant au mieux l'ensemble des informations qui donne la "carte d'identité" du signal, et du fond. Ayant cette objet, on peut une nouvelle fois couper dessus...

Pour 2),
Lorsque l'on arrive à la fin d'une analyse, on obtient des prédictions (à l'aide des calculs théoriques, des simulations du détecteur, etc...) de ce que l'on attend en termes de signal recherché, de bruits de fond, auxquelles sont adossées des erreurs théorique, de mesure, etc... On compare ces prédictions à ce qu'on l'on observe dans les données de collisions et on utilise des outils statistiques pour savoir si ce qui est observé est compatible avec différentes hypothèses: bruits de fond seulement, bruits de fond+signal, ...

Pour se faire, on peut par exemple utiliser une variable très discriminante. Dans le cas de la recherche d'un boson de Higgs se désintégrant en 2 photons, la masse invariante reconstruite à partir de deux photons est très utile: on s'attend à une distribution piquée, centrée autour de la masse du Higgs, alors que les bruits de fond forme un continuum:
http://www.hep.ph.ic.ac.uk/cms/physics/Higgs_signal.gif
(le fond étant en bleu et le signal Higgs en rouge... tout ceci étant juste de la simulation, assez vieille d'ailleurs)
Ensuite, pour chaque hypothèse de masse testée, on peut par exemple faire un comptage dans une fenêtre de masse donnée (ex:125+/-X, X étant un multiple de la résolution en énergie du détecteur par exemple).

Mais si on veut inclure plus d'informations, en plus du comptage du nombre d'évènements, on peut utiliser les formes attendues du signal et des fonds. La répartition des évènements n'étant pas uniforme, dans la fenêtre testée par exemple, (et diffère selon que l'on observe du signal ou des bruits du fond), l'ajout de cette information permet de mieux discerner si ce qui est observé est plus compatible avec du bruits de fond seulement ou "bruits de fond+signal".

Pour revenir aux analyses de recherche du Higgs au LHC (ATLAS et CMS), la plupart des analyses:
- utilisent des "coupures rectangulaires" pour sélectionner les évènements,
- utilisent un traitement statistique du résultat final à base de formes d'une variable choisie (masse di-photons pour H->diphotons, masse invariantes des 4 leptons pour H->ZZ->4 leptons, etc...) et non un simple comptage dans une fenêtre donnée.
Notons aussi que deux analyses de CMS (H->diphotons et H->WW->2 leptons+2 neutrinos) utilisent un traitement statistique du résultat final à l'aide d'une variable finale "multi-variée" (en fait, c'est même un peu plus compliqué que ça pour H->diphotons...).

Ensuite tu joues de manière malhonnête sur les mots : un bruit de fond de quarks top n'est pas un bruit de fond venant de la QCD ?? Franchement...

Bon, là, j'avoue que je ne comprends pas l'emploi du mot "malhonnête" que je trouve blessant et inapproprié...
Ce qui est appelé "bruit de fond QCD" dans les articles expérimentaux (un peu abusivement je te l'accorde, mais je n'y suis pas pour grand chose...) n'est PAS la production de quarks top. C'est utilisé par exemple la production, par QCD, de multi-jets du type gluon-gluon -> gluon-gluon, gluon-quark->gluon-quark (les quarks considérés étant up, down, bottom, strange et charm), etc...
Heureusement, on trouve beaucoup de papiers avec "bruits de fonds multi-jets" qui est moins ambigu mais il y a encore beaucoup de papiers ou de conférences avec "bruit de fond QCD"...

Donc, encore une fois, ce qui est appelé parfois "bruits de fond QCD" par les expérimentateurs est assez négligeable dans les analyses Higgs du Tevatron (et est de toutes façons directement estimé à partir des données réelles et pas de simulations...)

(Désolé pour la longueur et si mes explications ne sont pas assez claires... j'ai écrit ça vite et en essayant de ne pas trop rentrer dans les détails techniques...)

À force de se la jouer "oui on est encore dans la course au Higgs", le Tevatron commence à devenir de moins en moins crédible. Pourquoi ne pas admettre une bonne fois pour toute que le temps du Tevatron est passé ?

De mon côté, je n'ai aucun problème à l'admettre volontiers... Le seul argument qui restait encore valable est que le Tevatron demeurait le seul endroit où il était possible d'observer facilement la désintégration en deux quarks b du Higgs. Mais l'arrêt du Tevatron en 2011 (et donc, au manque de données disponibles pour une observation...) couplée aux performances récentes du LHC sur les analyses H->2 quarks b rendent le Tevatron complètement non compétitif.
En même temps, tu ne peux pas empêcher les gens d'essayer de tirer le meilleur parti de leur détecteur et d'y pousser tous les aspects dans leurs retranchements...

Comme le disait humanino, la plupart des annonces "spectacle" qui ont ensuite été réfutées ces dernières années viennent du Tevatron ; c'est une merveilleuse machine, qui a produit de merveilleux résultats, mais qui à mon sens a souffert d'une politique scientifique trop agressive de la part de ses décideurs qui ont tenu à sur-vendre des résultats clairements sur-estimés (cf le "signal" Wjj), alors que la machine a produit de très bons résultats solidement établis qui n'ont pas été aussi bien vendus qu'ils auraient dû l'être à force de se focaliser sur la quête de résultats exotiques et/ou vendeurs (Higgs).

Oui, j'aurai aimé que la récente mesure de la masse du W à quelques MeV de précision ait fait l'objet de plus de news sur le net ou plus de buzz en effet... C'est une mesure extrêmement délicate, très minutieuse, qui demande des années de travail et qui mériterait plus de "pub".

[mtheory]

Bonsoir,

Ce qui est appelé "bruit de fond QCD" dans les articles expérimentaux (un peu abusivement je te l'accorde, mais je n'y suis pas pour grand chose...) n'est PAS la production de quarks top. C'est utilisé par exemple la production, par QCD, de multi-jets du type gluon-gluon -> gluon-gluon, gluon-quark->gluon-quark (les quarks considérés étant up, down, bottom, strange et charm), etc...
Heureusement, on trouve beaucoup de papiers avec "bruits de fonds multi-jets" qui est moins ambigu mais il y a encore beaucoup de papiers ou de conférences avec "bruit de fond QCD"...

Donc, encore une fois, ce qui est appelé parfois "bruits de fond QCD" par les expérimentateurs est assez négligeable dans les analyses Higgs du Tevatron (et est de toutes façons directement estimé à partir des données réelles et pas de simulations...)

Je ne comprends pas. On a bien justement des quarks b qui sont produits par ces jets et qui peuvent simuler une désintégration de Higgs non ?

[El Gringo]

Bonsoir,

Je ne comprends pas. On a bien justement des quarks b qui sont produits par ces jets et qui peuvent simuler une désintégration de Higgs non ?

En effet. Mais au Tevatron, on ne cherche pas un boson de Higgs produit par fusion de gluons: gg->H->bb car, justement, on serait totalement dominé par le bruit de fond multi-jets par QCD.

On regarde donc la production associée avec un boson W ou Z: WH, ZH. En demandant ensuite au W ou Z de se désintégrer leptoniquement (Z->e+e-, mu+mu-, tau+tau-, neutrinos, W->e/mu/tau+neutrino), on se place dans une situation plus favorable. Ceci se fait par contre au prix d'une section efficace ~10 fois moindre que la production dominante par fusion de gluons...

Par exemple, si on cherche des évènements W(->e/mu/tau+neutrino)H(->2 quarks b), la signature expérimentale est la suivante:
- au moins 1 lepton chargé électriquement (e/mu/tau)
- au moins 2 jets issus de quarks b
- de l'"énergie manquante" dans le bilan d'énergie totale en raison de la non-détection des neutrinos qui s'échappent du détecteur.

Le bruit de fond multi-jets peut avoir des quarks b et un peu d'énergie manquante (en raison d'une mauvaise mesure de l'énergie des particules contenues dans le jet...), y ajouter un lepton provenant de la mauvaise identification d'un jet (un pion chargé "mimant" les caractéristiques d'un électron par exemple) commence à être tiré par les cheveux et peu probable.

[Gwyddon]

Hello El Gringo,

On voit effectivement la distinction entre les communautés de théoriciens et d'expérimentateurs dans le vocabulaire

Tu as bien fait d'éclaircir, on ne parlait pas de la même chose en effet. Et ça me fait plaisir de discuter avec un expérimentateur honnête qui reconnaît la mauvaise comm' de son expérience (effectivement la mesure de la masse du W est un effort colossal qui n'a pas été reconnu à sa juste valeur, alors qu'il apporte en plus des informations cruciales pour le fit électrofaible !).

Pour H-> bb au Tevatron, même si on utiise WH (je le sais j'ai directement contribué à donner les chiffres à la collaboration ), il se trouve que les incertitudes sur le bruit de fond restant restent relativement élevées ; le Tevatron les a (malheureusement) sous-estimées, ce qui implique qu'il faut prendre avec précaution cet excès large à 2sigma, de mon point de vue (qui est partagé avec d'autres physiciens, je précise !).

[invite6754323456711]

Pour 1),
- on peut faire une analyse en regardant des variables discriminantes entre le signal recherché (S) et les bruits de fond (B): impulsion des leptons, angles entre leptons, etc... et, pour améliorer le rapport S/B, on coupe sur chacune des variables choisies au-dessus d'un seuil choisi pour éliminer le plus de bruits de fond tout en gardant le plus de signal. => "cut-analysis".
- on peut aussi, au lieu de couper individuellement sur chacune des variables, essayer notamment d'exploiter les corrélations entre chacune de ces variables et les combiner (non-)linéairement afin d'obtenir une seule variable finale synthétisant au mieux l'ensemble des informations qui donne la "carte d'identité" du signal, et du fond. Ayant cette objet, on peut une nouvelle fois couper dessus...

Intéressant.

Localisation
Sur la ligne ténue qui sépare réalité et imagination

Cette ligne qui sépare le signal du bruit comment est-elle identifié ? A-priori sur la base de nos modèles théoriques ? Les variables discriminantes sont-elles les paramètres θ identifiés comme causes du phénomène observé (signal/observable), c'est à dire conditionnellement à une valeur possible de l’état de l'objet d'étude (caractérisé par ces variables discriminantes) j’observe des conséquences x (ce que l'on mesure), ou alors sont elles les effets/conséquences observées x (lois de probabilité indexée par les paramètres θ inconnus) ?

Patrick