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Archive for June, 2016

The Large Hadron Collider (LHC) at CERN has already delivered more high energy data than it had in 2015. To put this in numbers, the LHC has produced 4.8 fb-1, compared to 4.2 fb-1 last year, where fb-1 represents one inverse femtobarn, the unit used to evaluate the data sample size. This was achieved in just one and a half month compared to five months of operation last year.

With this data at hand, and the projected 20-30 fb-1 until November, both the ATLAS and CMS experiments can now explore new territories and, among other things, cross-check on the intriguing events they reported having found at the end of 2015. If this particular effect is confirmed, it would reveal the presence of a new particle with a mass of 750 GeV, six times the mass of the Higgs boson. Unfortunately, there was not enough data in 2015 to get a clear answer. The LHC had a slow restart last year following two years of major improvements to raise its energy reach. But if the current performance continues, the discovery potential will increase tremendously. All this to say that everyone is keeping their fingers crossed.

If any new particle were found, it would open the doors to bright new horizons in particle physics. Unlike the discovery of the Higgs boson in 2012, if the LHC experiments discover a anomaly or a new particle, it would bring a new understanding of the basic constituents of matter and how they interact. The Higgs boson was the last missing piece of the current theoretical model, called the Standard Model. This model can no longer accommodate new particles. However, it has been known for decades that this model is flawed, but so far, theorists have been unable to predict which theory should replace it and experimentalists have failed to find the slightest concrete signs from a broader theory. We need new experimental evidence to move forward.

Although the new data is already being reconstructed and calibrated, it will remain “blinded” until a few days prior to August 3, the opening date of the International Conference on High Energy Physics. This means that until then, the region where this new particle could be remains masked to prevent biasing the data reconstruction process. The same selection criteria that were used for last year data will then be applied to the new data. If a similar excess is still observed at 750 GeV in the 2016 data, the presence of a new particle will make no doubt.

Even if this particular excess turns out to be just a statistical fluctuation, the bane of physicists’ existence, there will still be enough data to explore a wealth of possibilities. Meanwhile, you can follow the LHC activities live or watch CMS and ATLAS data samples grow. I will not be available to report on the news from the conference in August due to hiking duties, but if anything new is announced, even I expect to hear its echo reverberating in the Alps.

Pauline Gagnon

To find out more about particle physics, check out my book « Who Cares about Particle Physics: making sense of the Higgs boson, the Large Hadron Collider and CERN », which can already be ordered from Oxford University Press. In bookstores after 21 July. Easy to read: I understood everything!

CMS-lumi-17juin

The total amount of data delivered in 2016 at an energy of 13 TeV to the experiments by the LHC (blue graph) and recorded by CMS (yellow graph) as of 17 June. One fb-1 of data is equivalent to 1000 pb-1.

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Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN a déjà produit depuis avril plus de données à haute énergie qu’en 2015. Pour quantifier le tout, le LHC a produit 4.8 fb-1 en 2016, à comparer aux 4.2 fb-1 de l’année dernière. Le symbole fb-1 représente un femtobarn inverse, l’unité utilisée pour évaluer la taille des échantillons de données. Tout cela en à peine un mois et demi au lieu des cinq mois requis en 2015.

Avec ces données en réserve et les 20-30 fb-1 projetés d’ici à novembre, les expériences ATLAS et CMS peuvent déjà repousser la limite du connu et, entre autres, vérifier si les étranges événements rapportés fin 2015 sont toujours observés. Si cet effet était confirmé, il révèlerait la présence d’une nouvelle particule ayant une masse de 750 GeV, soit six fois plus lourde que le boson de Higgs. Malheureusement en 2015, il n’y avait pas suffisamment de données pour obtenir une réponse claire. Après deux ans de travaux majeurs visant à accroître sa portée en énergie, le LHC a repris ses opérations l’an dernier mais à faible régime. Si sa performance actuelle se maintient, les chances de faire de nouvelles découvertes seront décuplées. Tout le monde garde donc les doigts croisés.

Toute nouvelle particule ouvrirait la porte sur de nouveaux horizons en physique des particules. Contrairement à la découverte du boson de Higgs en 2012, si les expériences du LHC révèlent une anomalie ou l’existence d’une nouvelle particule, cela modifierait notre compréhension des constituants de base de la matière et des forces qui les régissent. Le boson de Higgs constituait la pièce manquante du Modèle standard, le modèle théorique actuel. Ce modèle ne peut plus accommoder de nouvelles particules. On sait pourtant depuis des décennies qu’il est limité, bien qu’à ce jour, les théoriciens et théoriciennes n’aient pu prédire quelle théorie devrait le remplacer et les expérimentalistes ont échoué à trouver le moindre signe révélant cette nouvelle théorie. Une évidence expérimentale est donc absolument nécessaire pour avancer.

Bien que les nouvelles données soient déjà en cours de reconstruction et de calibration, elles resteront “masquées” jusqu’à quelques jours avant le 3 août, date d’ouverture de la principale conférence de physique cet été. D’ici là, la région où la nouvelle particule pourrait se trouver est masquée afin de ne pas biaiser le processus de reconstruction des données. A la dernière minute, on appliquera aux nouvelles données les mêmes critères de sélection que ceux utilisés l’an dernier. Si ces évènements sont toujours observés à 750 GeV dans les données de 2016, la présence d’une nouvelle particule ne fera alors plus aucun doute.

Mais même si cela s’avérait n’être qu’une simple fluctuation statistique, ce qui arrive souvent en physique de par sa nature, la quantité de données accumulée permettra d’explorer une foule d’autres possibilités. En attendant, vous pouvez suivre les activités du LHC en direct ou voir grandir les échantillons de données de CMS et d’ATLAS. Je ne pourrai malheureusement pas vous rapporter ce qui sera présenté à la conférence en août, marche en montagne oblige, mais si une découverte quelconque est annoncée, même moi je m’attends à entendre son écho résonner dans les Alpes.

Pauline Gagnon

Pour en apprendre plus sur la physique des particules, ne manquez pas mon livre « Qu’est-ce que le boson de Higgs mange en hiver et autres détails essentiels » disponible en librairie au Québec et en Europe, de meme qu’aux Editions MultiMondes. Facile à lire : moi, j’ai tout compris!

CMS-lumi-17juin

Graphe cumulatif montrant la quantité de données produites à 13 TeV en 2016 par le LHC (en bleu) et récoltées par l’expérience CMS (en jaune) en date du 17 juin.

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