fyi - 

Date: Tue, 9 Mar 2010 14:36:36 +0100
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Subject: On the threshold of new territory - Aux portes d'un nouveau
    territoire

On the threshold of new territory

The LHC is already over a week into its 2010 run, and the start of physics
at 7 TeV is just around the corner. Last week, participants at the annual
La Thuile workshop in Italy had the chance to take stock of what lies in
store for the LHC's first physics run. They learned that there's a great
sense of anticipation here at CERN and at particle physics labs around the
globe, and for good reason - we're about to open up the biggest range of
potential new discovery that particle physics has seen in over a decade.

Our objective over the next 18 to 24 months is to deliver one inverse
femtobarn of data to the experiments. In other words, enough data to make
significant advances across a wide range of physics channels.

Take supersymmetry. ATLAS and CMS will each have enough data to
significantly extend today's sensitivity to new discoveries. Experiments
today are sensitive to some supersymmetric particles with masses up to
about 400 GeV. An inverse femtobarn at the LHC pushes that up to about 800
GeV. This means that in the next two years, the experiments at the LHC
will explore as much territory in their quest for SUSY as has been covered
in the history of particle physics to date. In other words, the LHC has a
real chance over the next two years of discovering supersymmetric
particles, possibly elucidating the nature of the dark matter that
accounts for about a quarter of the mass and energy of the Universe.

The Higgs particle is another example. The last word that CERN had to say
on the matter came from LEP almost ten years ago. In the last year of LEP
running there were tantalising signs that the Higgs might have made an
appearance but all we could say for sure was that the Higgs must have a
mass above about 115 GeV. Since then, the Tevatron has done great work
towards ruling out some of the mass range that the Higgs could inhabit.
With an inverse femtobarn of data from the LHC, the combined analyses of
ATLAS and CMS will be able to explore a wide mass range, and there's even
a chance of discovery if the particle has a mass near 160 GeV.

At the more exotic end of the potential discovery spectrum, LHC
experiments will be sensitive to new massive particles that could herald
the presence of extra dimensions. Discoveries up to masses of 2 TeV will
be possible, whereas today's reach is around 1 TeV.

All this makes now a very good time to be a particle physicist, and in
particular a student of particle physics. Some 2500 graduate students are
eagerly awaiting data from all the LHC experiments, ALICE, ATLAS, CMS,
LHCb, LHCf and TOTEM. They're a privileged group, set to produce the first
PhD theses at the new high-energy frontier.

Two years of continuous running is a tall order both for the LHC operators
and the experiments, but it will be well worth the effort. By abandoning
CERN's traditional annual operational cycle we're increasing the overall
running time and discovery potential over the next three years. This run
will be followed by preparations for 14 TeV collisions in a single
shutdown and another major advance into new territory as great as the one
we are on the threshold of achieving.

Rolf Heuer

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Aux portes d'un nouveau territoire

L'exploitation 2010 du LHC a commencé depuis déjà une semaine et le
démarrage de la physique à 7 TeV est imminent. La semaine dernière, les
participants à l'atelier annuel de La Thuile en Italie ont pu faire le
point sur ce que la première période d'exploitation du LHC pour la
physique pourrait bien nous réserver. Ils ont pris conscience de
l'effervescence qui règne au CERN et dans les laboratoires de physique des
particules du monde entier, et ce, à juste titre, puisque nous nous
apprêtons à ouvrir la voie à un potentiel de découvertes sans précédent
pour la physique des particules depuis plus d'une décennie.

Notre objectif pour les 18 à 24 mois à venir est de fournir aux
expériences 1 fb-1 (femtobarn) de données. En d'autres termes,
suffisamment de données pour réaliser des avancées notables via des
branches très diverses de la physique.

Prenons la supersymétrie. ATLAS et CMS disposeront chacune de suffisamment
de données pour élargir notablement la sensibilité actuelle aux nouvelles
découvertes. Aujourd'hui, les expériences sont sensibles à certaines
particules supersymétriques dont les masses vont jusqu'à environ 400 GeV.
Le LHC, avec 1fb-1, va permettre d'aller jusqu'à environ 800 GeV. Cela
signifie que, au cours des deux années à venir, les expériences LHC
exploreront, dans leur recherche de la supersymétrie (SUSY), un territoire
aussi vaste que celui couvert dans l'histoire de la physique des
particules jusqu'à ce jour. En d'autres termes, il se pourrait bien que le
LHC, dans les deux années à venir, découvre des particules
supersymétriques, avec la possibilité également d'élucider la nature de la
matière noire, qui représente environ un quart de la masse et de l'énergie
de notre Univers.

Prenons un autre exemple, le boson de Higgs. Les derniers résultats
obtenus par le CERN à ce sujet remontent à une dizaine d'années avec le
LEP. Durant la dernière année d'exploitation du LEP, certains indices
séduisants de l'éventuelle présence du boson de Higgs avaient été décelés,
mais tout ce que nous pouvions alors affirmer avec certitude c'était que
cette particule devait avoir une masse supérieure à environ 115 GeV.
Depuis, le Tévatron a permis de réaliser de grands progrès en la matière
en excluant certains domaines de masses probables pour le Higgs. Les
analyses qu'ATLAS et CMS pourront effectuer ensemble à partir des 1 fb-1
de données du LHC permettront d'explorer un large domaine de masses, et il
y aura une chance bien réelle de découverte, si la masse du Higgs avoisine
les 160 GeV.

À l'autre extrémité - bien plus exotique - des découvertes possibles, les
expériences LHC seront sensibles à de nouvelles particules massives qui
pourraient signaler la présence de dimensions supplémentaires. Il sera
possible de découvrir des particules ayant une masse pouvant aller jusqu'à
2 TeV, alors qu'aujourd'hui, on se situe aux alentours de 1 TeV.

Pour toutes ces raisons, il fait bon en ce moment être physicien des
particules, et en particulier étudiant dans cette discipline. Quelque 2
500 doctorants attendent avec impatience les données que produiront toutes
les expériences LHC, à savoir ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf et TOTEM. Ils
forment un cercle de privilégiés qui s'apprête à rédiger les premières
thèses de doctorat à la nouvelle frontière des hautes énergies.

Deux années d'exploitation continue ne seront pas de tout repos pour les
opérateurs du LHC et les expériences, mais le jeu en vaudra bien la
chandelle. En renonçant au cycle d'exploitation traditionnel du CERN sur
une année, nous augmenterons la durée d'exploitation totale et, ainsi, les
chances de découvertes au cours des trois prochaines années. À l'issue de
cette période d'exploitation, on procédera, lors d'une période d'arrêt
unique, aux préparatifs en vue de collisions à 14 TeV, un nouveau grand
pas dans ce territoire vierge, aussi grand que celui que nous sommes sur
le point de faire.

Rolf Heuer