Parrainage

Ce colloque est parainné par le département de physique de l'université McGill et par le Centre d'Études pour la Physique des Hautes Énergies (CHEP) de l'université McGill.

Description de l'activité

La physique subatomique est à la fine pointe de la recherche fondamentale et s'adresse avant tout à la structure de la matière et à ses interactions. Toutes les particules connues constituant la matière peuvent être décrites comme des combinaisons de quelques blocs fondamentaux, les quarks et les leptons, qui représentent ainsi deux familles de six particules. Quatre types de forces ont été identifiées dans la nature: la force gravitationnelle, la force électromagnétique, la force forte et la force faible. Des exemples de chaque type d'interaction pourraient être respectivement: les systèmes planétaires, l'émission de lumière par les atomes, l'existence du noyau et les désintégrations nucléaires lentes. Deux des plus grandes réalisations des dernières décennies ont été la découverte du 6e quark manquant, le "top", et l'unification des interactions électromagnétique et faible comme étant les manifestations d'un processus électro-faible unique. Des efforts très prometteurs d'unification sont en cours pour inclure l'interaction forte et éventuellement l'interaction gravitationelle dans la description globale de tous les phénomènes.

Ce programme ambitieux est mené à bien de façon expérimentatle par plusieurs collaborations internationales de recherche. Nos groupes expérimentaux sont impliqués dans les projets de pointe aux centres de recherche des États-Unis et de l'Europe. Ils contribuent abondamment à toutes les étapes de ces projects, de la conception à leur construction, et de là de l'analyses à l'interprétation des résultats. L'approche théorique est également très solide et complémentaire aux efforts expérimentaux. Les modèles ètudiés couvrent une très large panoplie de sujets, souvent au-delà des domaines cinématiques accessibles par les expérimentateurs, mais essentiels à la compréhension du tout. On peut de plus démontrer que les phénomènes des hautes énergies, en astrophysique et en cosmologie, sont étroitement liés à nos axes de recherche et se doivent d'être étudiés dans cette nouvelle perspective. Sur la route de l'unificationi globale, les ramifications scientifiques et techniques sont complexes et représentent des défis de taille pour tous nos chercheurs.

Conférenciers invités

Prof. Maurício Barbi, Université de Régina
Prof. Robert Brandenberger, Université McGill

Arbitres des propositions de présentations

Prof. François Corriveau, Université McGill
Prof. Claude Leroy, Université de Montréal

Comment identifier un événement du quark "top" dans le détecteur CDF à Fermilab?

Adrian BUZATU, Université McGill

Ce rapport présente un résumé de la méthode pour mesurer la section efficace d'une paire de quarks "top" dans l'expérience CDF II de Fermilab, où protons et antiprotons entrent en collision dans l'accélerateur du Tevatron avec une énergie du centre de masse de 1.96 TeV. Un quark "top" se désintègre à peu près 100% du temps en un boson W et un quark "bottom". On considère seulement la réaction où le premier boson W se désintègre leptoniquement et le deuxième boson W se désintègre hadroniquement. Une revue générale sera présentée: le détecteur CDF, la physique du quark "top", la sélection des événements et le bruit de fond. On présente aussi la dernière mesure de section efficace de CDF. À mesure que le Tevatron augmente sa luminosité instantanée, de plus en plus d'événements auront plusieurs sommets primaires d'interaction. Il est important de distinquer parmi tous ceux-ci celui qui est le meilleur candidat pour le sommet primaire associé à une paire de quarks top. Ce problème sera encore plus important au LHC. On présente une étude systématique de différentes méthodes pour identifier ce sommet.

Mesures des ultra-bas niveaux de radioactivité à SNO

Bassam AHARMIN, Université Laurentienne, Sudbury, Ontario, pour la collaboration SNO

Mon exposé va porter essentiellement sur les techniques de mesure de radioactivité utilisées dans le cadre du projet SNO. La physique qu'on fait à SNO sera d'abord brièvement présentée (détection des neutrinos solaires, choix du site souterrain, utilisation de l'eau lourde comme milieu détecteur, l'ajout du sel, la phase des NCD etc..) avant d'arriver au coeur de ma présentation : les systèmes de purification et de mesure de la radioactivité dans l'eau. Parmi les trois techniques de mesure ex-situ 222Rn (fiole de lucas miniaturisée), 224Ra et 226Ra (technique de l'oxyde de titane hydraté : HTiO et d'oxyde de Manganèse : MnOx) et la mesure in-situ (données des PMTs), un accent particulier sera donné à la technique MnOx.

Utilisant de grands volumes d'eau (de l'ordre de 400 kL pour D2O et 50 kL pour H2O), des billes recouvertes de MnOx comme agent d'extraction avec une efficacité proche de l'unité et la technique des compteurs électrostatiques comme moyen de comptage, la technique MnOx permet à la fois d'extraire efficacement le Radium de l'eau (purification) et de le mesurer à des niveaux de l'ordre de quelques atomes par tonne d'eau (~ 6 nBq/l). Je m'arrêterai en particulier sur le caractère assez exceptionnel de la technique. De l'extraction, au comptage et à l'analyse des données, je vais parler des différentes études qui ont été entreprises pour optimiser les différents paramètres influençant la sensibilité de la méthode.

Les deux autres techniques ex-situ et les mesures in-situ servent à la même fin. De surcroît, basées sur des approches indépendantes, l'intercomparaison des quatre techniques permet de nous rassurer quant à la justesse des résultats. Enfin la combinaison des activités mesurées par ces différentes techniques donne le nombre représentant le bruit de fond à soustraire des données neutrino.

Localisation en trois dimensions des événements dans les détecteurs PICASSO

François AUBIN, Université de Montréal

Dans le but de mieux comprendre les détecteurs PICASSO, un algorithme de localisation de la position des gouttelettes générant un événement a été mis sur pied en passant par la détermination d'un temps initial pour chacun des neuf canaux d'un même signal et par la minimisation du chi-carré par la librairie Minuit à partir de ces temps.

La Chromodynamique Quantique mise au défi au collisionneur électron-proton à DESY et avec l'expérience GlueX à JLAB

Maurício BARBI, Université de Régina, Saskatchewan

La physique due collisionneur e-p HERA à DESY a permis d'étudier en détail la structure du proton et la nature de ses constituants. Quelques-uns des pricipaux résultas de HERA et de leur impact lors des tests de la théorie de la Chromodynamique Quantique (CDQ) seront présentés, y compris ceux des recherches des états de pentaquarks ou de "glueballs". Enfin, dans la ligne des études de HERA, l'expérience GlueX sera brièvement discutée, et l'emphase sera mise sur son objectif de caractériser les plus légers des états hybrides de mésons et d'accroître notre compréhension du "confinement" CDQ.

Le système de déclenchement du détecteur DZéro à Fermilab

Camille BÉLANGER-CHAMPAGNE, Université McGill

Le détecteur DZéro observe des collisions proton/antiproton à une énergie dans le centre de masse de 1,96 TeV et à une fréquence de près de 2 millions de collisions par seconde. Ces événements ne peuvent pas tous être sauvegardés et analysés. Le système de déclenchement est l'outil qui permet de sélectionner les événements intéressants qui sont alors sauvegardés pour la reconstruction détaillée et les analyses ultérieures. Puisque le nombre de collisions dans l'accélérateur augmente constamment grâce aux améliorations qui lui sont apportées, le système de déclenchement doit aussi être constamment raffiné afin de conserver son efficacité. La présentation couvrira les principes de base du système de déclenchement de DZéro. L'emphase sera mise sur des exemples tirés de la recherche de la production simple du quark "top".

La Cosmologie des Supercordes

Robert BRANDENBERGER, Université McGill

Si la théorie des supercordes est la théorie qui décrit la physique sur les plus petites échelles, cette théorie doit déterminer l'évolution de l'univers primordial. Dans cette présentation je montrerai qu'il est possible d'éviter la singularité du "Big Bang" en utilisant des nouvelles symmétries contenues dans la théorie des supercordes.

Étude du processus Z' -> tau tau

Georges Azuelos, Bertrand Brelier, Pierre-Antoine Delsart (présentation par Bertrand BRELIER), Université de Montréal

De nombreux modèles au-delà du modèle standard prédisent l'existence de nouvelles particules - notamment le boson Z' - comme par exemple les modèles de grande unification ou encore les modèles incluant des dimensions supplémentaires. La découverte de nouvelles résonances e+e- ou m+m- ne permettra pas de différencier ces modèles. Afin de distinguer les différents modèles, on utilise des effets de corrélation de spin des leptons tau issu de la désintégration du boson Z'.

PSR J0737-3039: un double pulsar pour défier la physique

René BRETON, Université McGill

La découverte en 2004 du premier système binaire pulsar-pulsar a ouvert un nouvel horizon de possibilités pour la recherche fondamentale en astrophysique. Les deux astres possèdent des orbites eccentriques (e = 0.08) ayant une période de 2.4 heures, lesquelles subissent des effets relativistes considérables: une précession du périastre de 17 degrés par année et l'émission d'ondes gravitationnelles qui mènera à une coalescence des deux astres dans environ 85 millions d'années. Par ailleurs, cette combinaison unique n'est pas uniquement intéressante pour les dynamiciens. Il s'avère qu'à une séparation orbitale aussi faible, l'interaction des deux pulsars devient non négligeable. Un exemple spectaculaire est l'éclipse que subit l'un d'eux lors de la conjonction avec son compagnon. Ces éclipses présentent une morphologie complexe et permettent à toute fin pratique d'étudier in situ l'environnement immédiat propre au pulsar situé à l'avant-plan. Cette présentation survolera brièvement les découvertes découlant de l'étude du "Double Pulsar" dont, notamment, les recherches sur les éclipses menées par notre équipe de recherche.

Équation de Hecht et collection de charge dans les détecteurs au silicium

Sébastien CHARRON, Université de Montréal

Dans le cadre de l'expérience ATLAS, des détecteurs pixels au silicium seront utilisés dans le détecteur de retraçage semi-conducteur (SCT), partie centrale de l'expérience, et seront donc exposés à de grandes fluences d'irradiation. Dans cette optique, une étude de collection de charge et des temps de vie des électrons et des trous dans les détecteurs au silicium a été effectuée. Les détecteurs ont été soumis à des conditions diverses d'irradiation (irradiation par des neutrons et des protons de différentes énergies). Une nouvelle modélisation de la collection de charge basée sur l'équation de Hecht a été élaborée et utilisée pour l'analyse du dommage subi par les détecteurs.

La nouvelle génération: le Collisionneur Linéaire International

François CORRIVEAU, IPP / Université McGill

Le Modèle Standard est un des grands succès scientifiques des dernières décennies, mais certaines questions fondamentales restent sans réponse, parmi lesquelles la raison pour laquelle les bosons intermédiaires ont une masse si élevée. Alors que le LHC (grand collisionneur hadronique) s'apprête à découvrir cette particule Higgs qui pourrait être la clé de l'énigme, on pense déjà à la construction d'un collisionneur linéaire qui pourrait alors nous donner le détail des propriétés de ce Higgs. La présentation couvrira les plans pour l'accélerateur et les détecteurs qu'on pourrait y construire.

Propagation d'Ondes Gravitationelles dans un Braneworld à deux Codimensions

Claudia de RHAM, Université McGill

Les objets de codimension 2 jouent un rôle particulier autant en théorie des cordes qu'en cosmologie. L'étude de modèles capables de résoudre le problème de hiérarchie ainsi que de constante cosmologique est en effet l'objet d'un grand intérêt. Dans ces modèles, l'importance du "feedback" exercé par les branes sur l'ensemble de la géométrie est cruciale. En tant que premier pas dans la direction de cette étude, je propose de considérer la propagation d'ondes gravitationelles en six dimensions générées par la présence de matière confinée dans des branes de dimension 3 aux extrémités du "bulk" compactifié. À faibles énergies, la gravité se propage de manière ordinaire dans les branes, et les corrections provenant du bulk à six dimensions peuvent être calculées. Pour cela, les branes doivent être régularisées, et une dépendance logarithmique dans le "cutoff" est présente même pour les modes dont la fréquence est inférieure à l'énergie de ce "cutoff". Différents moyens d'éviter ce problème ont été suggérés dans la littérature, et je propose d'étudier leurs effets dans le cas d'une géométrie compacte.

L'expérience PICASSO à la recherche de la matière sombre

Patrick DOANE, Université de Montréal

L'existence de matière sombre froide sous forme de WIMPs semble de plus en plus nécessaire à une description complète de notre univers. Le projet PICASSO vise la détection directe de ces particules, et en particulier du neutralino via son couplage aux spins nucléaires. Dans cette conférence, le fonctionnement des détecteurs à gouttelettes surchauffées utilisés par PICASSO sera présenté et les plus récents résultats d'exclusion du neutralino seront exposés.

Structure du terme de collision dans la théorie du transport relativiste

François FILLION-GOUDREAU, Université McGill

Nous calculons la structure du terme de collision dans l'équation de transport relativiste de Kadanoff-Baym. Nous utilisons l'expansion en termes de diffusion de l'énergie propre retardée pour calculer le taux de production de particules dans un système hors équilibre. Nous considérons la théorie des champs scalaires. Notre résultat est général, complètement analytique et valide à tout ordre de la théorie des perturbations. Il peut être appliqué aux systèmes denses décrits par la théorie du transport relativiste, tel que le plasma quark-gluon.

Modèles de Skyrme généralisés et facteurs de forme électromagnétiques des nucléons

Jimmy FORTIER, Université laval

Selon le développement en 1/N de la chromodynamique quantique, où N est le nombre de couleurs des quarks, les nucléons sont des solutions topologiques d'un lagrangien efficace de mésons dans la limite où N est grand. Ce lagrangien devrait de plus comporter des termes de dérivées du champ de pions à tous les ordres. Le modèle de Skyrme, bien qu'il ne soit composé que de deux termes (d'ordre deux et quatre en dérivées), reproduit les propriétés statiques des nucléons dans une marge d'erreurs inférieure à 30 %. Afin d'améliorer la concordance avec les résultats expérimentaux, nous avons considéré l'ajout de termes d'ordres supérieurs au modèle de Skyrme et de fixer les paramètres arbitraires introduits par ces termes en comparant les facteurs de formes électromagnétiques de ces modèles avec ceux des nucléons.

Calcul de la conductivité électrique en théorie de jauge à température finie

Jean-Sébastien GAGNON, Université McGill

Après une brève introduction aux coefficients de transport (e.g. conductivité électrique, viscosité de cisaillement, coefficient de diffusion, etc) et à leur utilité en physique des hautes énergies, nous exposons les problèmes inhérents à leur calcul en théorie quantique des champs à température finie (en particulier en théorie de jauge). Nous montrons ensuite comment l'identité de Ward (exprimant la conservation du courant électrique en théorie des champs) permet de simplifier le problème en spécifiant les diagrammes de Feynman à resommer pour obtenir le coefficient de transport désiré. Nous présentons aussi un calcul au premier ordre de la conductivité électrique en QED (sans l'effet LPM), mais notre méthode peut en principe se généraliser à d'autres coefficients de transport et à d'autres théories.

Simulation du détecteur PICASSO

Marie-Hélène GENEST, Université de Montréal

L'expérience PICASSO recherche la matière sombre de l'univers en se servant de détecteurs dont le milieu actif est fait de gouttelettes d'un fréon liquide surchauffé à la température ambiante. Ces gouttelettes sont dispersées et emprisonnées dans un gel polymérisé. La transition de phase explosive, liquide-vapeur, de ces gouttelettes est induite par des reculs nucléaires lorsqu'un noyau atomique d'une gouttelette interagit avec une particule incidente. L'onde acoustique résultante est détectée par des senseurs piezo-électriques collés sur la paroi du détecteur. Les particules candidates à la matière sombre de l'univers comme le neutralino, une particule prédite par la supersymétrie (une extension du modèle standard de la physique des particules), induiraient aussi ces signaux acoustiques. Il sera ici question en particulier des simulations qui ont été faites afin de mieux comprendre la réponse du détecteur aux particules alpha et aux neutrons, les principaux bruits de fond pour l'expérience de matière sombre faite avec de tels détecteurs. Ces simulations seront comparées à des résultats expérimentaux obtenus à l'Université de Montréal.

La nouvelle installation de PICASSO à SNOLAB

Ravzan GORNEA, Université de Montréal

La collaboration PICASSO est en train d'installer une nouvelle génération de 32 détecteurs avec une masse active totale de 2.6 kg dans le laboratoire souterrain SNOLAB à Sudbury. Après une description du progrès fait dans le RîD des détecteurs (fabrication, purification, acquisition des données), nous donnerons une prévision de la sensibilité, qui peut être obtenue pendant la phases actuelle et les étapes futures du projet.

Solitons de Hopf et théorie des noeuds

Jean-François RIVARD, Université Laval

Le modèle de Skyrme-Faddeev est une théorie de champs scalaires O(3) qui admet des solutions solitons stabilisées par une charge de Hopf Q. Dans le secteur Q=1, la densité d'énergie du soliton se trouve principalement distribuée sur un tore qui rappelle la forme d'une corde fermée. Un état lié de plusieurs solitons consiste en une solution stable dans un secteur topologique comportant une charge de Hopf plus élevée. L'étude de ces états liés a révélé des structures fascinantes, évoquant des cordes liées, nouées et même tordues. J'expliquerai comment ces travaux réalisent le modèle atomique de Lord Kelvin et comment quantifier les solutions du modèle afin de l'appliquer à la physique nucléaire.

La double désintégration bêta sans émission de neutrinos

Étienne ROLLIN, Université de Carleton

Il reste encore beaucoup de caractéristiques à découvrir sur les neutrinos, même après avoir étudié ceux qui proviennent du Soleil, des réacteurs nucléaires, des accélérateurs de particules, de l'atmosphère et même des réactions nucléaires au centre de la Terre. Il est donc un peu ironique que des expériences étudieront leurs propriétés lors d'une réaction qui n'en produit pas.

Cette présentation expliquera comment l'observation de la double désintégration bêta sans émission de neutrinos peut répondre à trois questions fondamentales sur les propriétés des neutrinos: Quelles sont leurs masses absolues? Quelle est la hiérarchie de la masse des trois saveurs? Sont-ils des particules de type Dirac ou Majorana?

Finalement, une discussion portant sur les expériences en développement et les implications d'une découverte potentielle de cette rare réaction nucléaire sur la physique sub-atomique et la cosmologie conclura la présentation.