Mise en œuvre de l’énergie transverse manquante

Le détecteur ATLAS a été pleinement installé et intégré dans l’acquisition en juin 2008. A partir de ce moment-là, il a été possible de tester le bon fonctionnement du système calori- métrique dans son ensemble, ainsi que, pour la première fois, de la reconstruction de l’énergie transverse manquante. C’est une variable très présente dans les états finals de nouvelle phy- sique, comme la supersymétrie (LSP), les bosons de jauge lourds, ou des théories de dimensions supplémentaires (graviton), introduites au paragraphe 2.3.3. Dans ce cas, le contrôle des queues de distribution est essentiel. C’est aussi une variable centrale pour les mesures de précision des processus du modèle standard qui contiennent un neutrino (lepton τ , paires t t, boson W), comme on le verra au chapitre 6. Ces procédés permettront de tester sa reconstruction et sa calibration.Contrairement à des objets comme les électrons qui ont pu être testés en tests en faisceaux, l’énergie transverse manquante est une variable globale qui nécessite tous les sous-détecteurs d’ATLAS. On verra au paragraphe 4.2 que la reconstruction et le contrôle des queues ont pu être vérifiés dans un cas simple où aucune énergie n’est déposée dans le calorimètre, avec des événements de déclenchement aléatoire. Des dépôts d’énergie importants dans le calorimètre dus à des muons cosmiques peuvent être mis en évidence avec la variable énergie transverse manquante, montrant le bon fonctionnement du système calorimétrique, comme on le verra au paragraphe 4.3. Enfin, le paragraphe 4.4 est consacré à la mise en œuvre de l’énergie transverse manquante avec les première données de collisions à 900 GeV, 2.36 TeV et 7 TeV.Les particules sans interaction avec la matière ne peuvent pas être mesurées directementavec le détecteur ATLAS. On peut néanmoins utiliser la conservation de l’énergie pour les re- construire partiellement. Mais contrairement aux collisionneurs leptoniques où l’état initial des particules en interaction est entièrement connu, dans un collisionneur hadronique, la fraction d’énergie portée par les partons en interaction n’est pas connue. Néanmoins, on fait l’approxi- mation, que les partons ne portent pas de quantité de mouvement dans le plan transverse au faisceau [125]. Lors d’une collision, l’énergie totale dans le plan transverse est donc nulle, et on peut définir une quantité appelée énergie transverse manquante et définie par la somme vectorielle :

somme vectoriellement l’énergie transverse des cellules du système calorimétrique. Celui-ci possédant près de 200000 voies d’électronique, il est nécessaire de ne sélectionner que les cellules dont l’énergie n’est pas due au bruit électronique. Il existe pour cela 2 méthodes, toutes deux basées sur la valeur σ du bruit de chaque cellule détaillé au paragraphe 3.3.3.– La méthode dite des topoclusters utilise des amas de cellules nommés topoclusters [126]. Pour former ces amas en 3 dimensions, l’algorithme démarre avec des « graines » définies comme des cellules dont l’énergie absolue est égale à 4 fois la valeur du bruit. Puis les cellules voisines sont ajoutées si leur énergie absolue est supérieure à 2 fois la valeur du bruit, jusqu’à arriver à des cellules « frontières » sans seuil sur leur énergie, comme illustré sur la figure 4.1. Cette méthode supprime beaucoup plus efficacement le bruit que la première, et est à présent utilisée par défaut dans ATLAS. La calibration hadronique utilisée par défaut est dite locale (pour local hadronic calibra- tion) [127, 128]. Elle a pour but de calibrer les topoclusters un par un, sachant que dans un jet, un topocluster correspond à 1.6 particules en moyenne (essentiellement des pions chargés ou des photons). Cette calibration repose uniquement sur le signal dans le calorimètre, et sur la forme des topoclusters, et s’effectue en plusieurs étapes. Les topoclusters sont tout d’abord classés en types « électromagnétiques » ou « hadroniques ». Pour cela, on utilise des variables comme la largeur et la longueur du topocluster, la densité d’énergie, la fraction d’énergie dans le calori- mètre électromagnétique, l’isolation, etc. L’énergie des cellules des topoclusters classés comme hadroniques est ensuite multipliée par un poids tiré de la simulation de pions neutres et char- gés. L’énergie des topoclusters ainsi calculée est ensuite corrigée de l’énergie déposée en dehors des topoclusters à cause de la coupure sur le bruit. Enfin, l’énergie est corrigée de l’énergie déposée en dehors des zones actives du calorimètre, c’est-à-dire avant le calorimètre, dans les zones mortes, et après le calorimètre. Ces corrections sont tirées de simulation de pions d’une simulation précise d’ATLAS avec Geant4 [129].