Boson W
Les particules médiatrices de l'interaction faible sont au nombre de trois : le W+, le W- et le Z0. Les particules W sont produites de différentes manières lors des collisions proton-proton au LHC. La galerie d'images qui suit passe ces modes de production en revue. Des diagrammes de Feynman sont utilisés comme illustrations. Découvrez ces diagrammes ici.
Production de différentes particules W
  • Ce diagramme de Feynman décrit le processus appelé interaction quark-gluon par lequel la plupart des particules W+ sont produites. Un quark "down" est également créé lors de cette réaction et produit un jet. La détection ou non de ce jet dépend de la direction dans laquelle le quark down se déplace. Souvent, on ne peut pas voir un tel jet car il est émis le long du tube à vide, une région où il n'y a pas de détecteur. La plupart du temps un événement de ce type aura donc zéro ou un jet. Des gluons supplémentaires sont parfois émis, produisant des jets supplémentaires qui peuvent attirer votre attention.
  • Ce diagramme montre le processus dominant (une interaction quark-gluon) pour produire des particules W-. Le quark "up" émis crée au-moins un jet.


  • Mais les particules W+ peuvent également être émises par des quarks. Un exemple est présenté ici : un quark "up" se transforme en un quark "down" ce qui produit une particule W+.
  • Le même phénomène peut se produire pour des antiquarks. Dans cet exemple, un antiquark "up" se convertit en un antiquark "down".


Désintégration de particules W
La particule W est lourde (sa masse vaut 80,4 GeV/c2) et se désintègre immédiatement après sa production. Dans deux tiers des cas, une paire quark-antiquark est produite et apparait sous forme de jets dans le détecteur. Dans le tiers restant des désintégrations de W, un lepton et un neutrino sont émis. Les trois leptons (électron, muon et tau) ont tous la même probabilité d'être produits. Mais avant que le tau puisse être vu dans le détecteur il se sera déjà désintégré, rendant sa détection plus difficile. C'est pourquoi nous nous limitons aux désintégrations des particules W produisant des électrons (ou positrons) ou des muons (ou antimuons). Les diagrammes de Feynman correspondants sont les suivants :

  • Dans cet exemple, le W+ se désintègre en un positron et un neutrino électron.
  • Ici, le W- se désintègre en un électron et un anti-neutrino électron.
  • Le W+ peut aussi se désintégrer en un antimuon et un neutrino muonique.
  • Pour le W-, il y a aussi une possibilité de désintégration en un muon et un antineutrino muonique.


Les événements dont la signature dans le détecteur est compatible avec l'un des quatre diagrammes précédents seront comptabilisés comme des événements "signal" dans nos séries de données. Ils montrent sans ambiguité qu'une particule W a existé pour une très courte durée. Tous les autres événements sont considérés comme du "bruit de fond". Détaillons les différents types d'événements "bruit de fond" dans cette dernière galerie d'images.

Evénements de bruit de fond
Lors de collisions de protons, d'autres particules que des W, par exemple une particule Z0, peuvent également être produites. Ces particules se désintègrent également immédiatement après leur production :
  • La particule Z0 produite lors d'une collision proton-proton peut, entre autres, se désintégrer en une paire électron-positron ou ...
  • ... en une paire muon anti-muon.


C'est pourquoi nous allons maintenant voir comment identifier tous ces événements avec MINERVA.