Explorer la physique au delà du Modèle Standard à t ravers la combinaison des recherches directes et indirecte de mat ière noire, des indices cosmologiques, et des ét udes de nouvelle

physique au LHC.

- Le Modèle Standard - La mat ière noire - Le LHC - Au delà du Modèle Standard - Not re proj et

Sophie Henrot-Versillé, Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire, Orsay

Le Modèle Standard

➢ Bosons de j auges: Responsables des interact ions for tes, faibles et elect romagnet iques

➢ Boson de Higgs Responsable de la br isure de symmet r ie elect rofaible, donne sa masse aux part icules

Descr ipt ion du monde sub- atomique

MAI S: pas de neut r inos massif s, pas de candidat à la mat ière noire, ….

La mat ière noire

Des obser vat ions ast rophysiques qui nécessitent la présence d’une nouvelle composante de la mat ière pour être expliquées, par exemple:

1933 : Fr it z Zwicky (1898-1974) mesure la dist r ibut ion des vitesses des galaxies de l 'amas de Coma, et t rouve des vitesses excessivement élevées

1970: Vera Rubin ent reprend d'ét udier la rotat ion des galaxies spirales et ar r ive à la même conclusion

2015: Le satellite Planck => mesure les anisot ropies de températ ure du fond dif fus cosmologique => une précision j amais at teinte dans la déter minat ion du modèle standard de la cosmologie (ΛCDM)

2015

Cosmologie

Préjudice: un candidat Mat ière Noire WI MP Dans ce qui suit : Not re candidat Mat ière Noire préféré est une part icule, doit être en accord avec les obser vat ions cosmologiques (densit é relique): noir, stable, f roid, en interact ion faible avec les part icules du Modèle Standard, et une masse max de quelques TeV • c’est ce qu’on appelle un WI MP (Weakly I nteract ing Massive Part icle)

Les recherches directes de Mat ière Noire

De nombreuses expériences ➢ Dif férentes techniques de détect ion ➢ Visent dif férentes fenètres en masse

Résultat s sous for me de limite Sect ion efficace WI MP/nucléon en fonct ion de la Masse du candidat Mat ière Noire

FERMI et le GCE

Depuis 2009 FERMI a obser vé un excès de photons γ- ray dans un bin d’énergie autour de 3-4 GeV dans le cent re galact ique [Hooper et al., Calore et al.]

Compat ible avec un candidat Mat ière Noire de masse ent re 30 et 70GeV qui s’annihile via un pseudoscalaire en bb

Le LHC et les recherches de nouvelle physique ?

Le LHC: Large Hadron Collider ➢ Accélérateur protons- protons ➢ @ CERN/ f ront ière Franco- Suisse ➢ 13TeV dans le cent re de masse en

2016 ➢ 4 détecteurs de t rès grande taille:

ATLAS, CMS, LHCb, ALI CE ➢ En 2012, ATLAS et CMS ont

confir mé l’existence du Boson de Higgs

Le LHC et les recherches de nouvelle physique ?

Model ℓ , γ Jets† E miss T

( L dt[fb ] −1 Limit

Ext

ra

dim

ensi

ons

Gau

ge b

oson

s C

I D

M

LQ

Hea

vy

quar

ks

Exc

ited

ferm

ions

O

ther

ADD GKK + g /q ADD non-resonant ℓ ℓ ADD QBH → ℓ q ADD QBH ADD BH high L pT ADD BH multijet RS1 GKK → ℓ ℓ RS1 GKK → γγ Bulk RS GKK → WW → qqℓν Bulk RS GKK → HH → bbbb Bulk RS gKK → t t 2UED / RPP

− 2 e, µ 1 e, µ

− ≥ 1 e, µ

− 2 e, µ 2 γ

1 e, µ

≥ 1 j − 1 j 2 j

≥ 2 j ≥ 3 j

− − 1 J 4 b

Yes − − − − − − −

Yes

3.2 20.3 20.3 15.7

3.2 3.6

20.3 3.2

13.2 13.3 20.3

3.2

n = 2 n = 3 HLZ

1604.07773 1407.2410

6.58 TeV M D

4.7 TeV M S

n = 6 n = 6

1311.2006 ATLAS-CONF-2016-069

5.2 TeV M th

8.7 TeV M th

n = 6, M D = 3 TeV, rot BH 1606.02265 8.2 TeV M th

n = 6, M D = 3 TeV, rot BH k/M Pl = 0.1 k/M Pl = 0.1 k/M Pl = 1.0 k/M Pl = 1.0 BR = 0.925

1512.02586 1405.4123 1606.03833

ATLAS-CONF-2016-062 ATLAS-CONF-2016-049

1505.07018

9.55 TeV M th

2.68 TeV GKK mass 3.2 TeV GKK mass

1.24 TeV GKK mass

− − 360-860 GeV GKK mass gKK mass 1 e, µ ≥ 1 b, ≥ 1J/2j Yes 2.2 TeV

1 e, µ ≥ 2 b, ≥ 4 j Yes Tier (1,1), BR(A(1,1) → t t ) = 1 ATLAS-CONF-2016-013 1.46 TeV KK mass

SSM Z ′ → ℓ ℓ SSM Z ′ → ττ Leptophobic Z ′ → bb SSM W ′ → ℓν

2 e, µ 2 τ −

1 e, µ HVT W ′ → WZ → qqνν model A 0 e, µ gV = 1

− −

2 b −

1 J 2 J

− − −

Yes Yes −

ATLAS-CONF-2016-082 ATLAS-CONF-2016-055 HVT W ′ → WZ → qqqq model B −

HVT V ′ → WH /ZH model B multi-channel gV = 3 gV = 3

3.0 TeV W ′ mass 1607.05621 2.31 TeV V ′ mass

LRSM W ′ → tb R

13.3 19.5

3.2 13.3 13.2 15.5

3.2 20.3 20.3

ATLAS-CONF-2016-045 1502.07177

4.05 TeV Z′ mass 2.02 TeV Z′ mass

1603.08791 1.5 TeV Z′ mass ATLAS-CONF-2016-061 4.74 TeV W ′ mass

2.4 TeV W ′ mass

1 e, µ 0 e, µ

2 b, 0-1 j Yes 1410.4103 1.92 TeV W ′ mass W ′ mass LRSM W ′ → tb R ≥ 1 b, 1 J − 1408.0886 1.76 TeV

CI qqqq CI ℓ ℓ qq CI uutt

− 2 j − 15.7 3.2

2(SS)/≥3 e,µ ≥1 b, ≥1 j Yes 20.3

19.9 TeV ηLL = −1 ATLAS-CONF-2016-069 Λ 2 e, µ − − 25.2 TeV ηLL = −1 1607.03669

1504.04605 Λ

|CRR | = 1 4.9 TeV Λ

Axial-vector mediator (Dirac DM) 0 e, µ ≥ 1 j Axial-vector mediator (Dirac DM) 0 e, µ, 1 γ 1 j ZZ χχ EFT (Dirac DM) 0 e, µ 1 J, ≤ 1 j

Yes Yes Yes

3.2 3.2 3.2

gq =0.25, gχ =1.0, m(χ) < 250 GeV 1604.07773 1.0 TeV mA

gq =0.25, gχ =1.0, m(χ) < 150 GeV m(χ) < 150 GeV

1604.01306 ATLAS-CONF-2015-080

710 GeV 550 GeV

mA

M ∗

Scalar LQ 1st gen Scalar LQ 2nd gen Scalar LQ 3rd gen

2 e 2 µ

1 e, µ

≥ 2 j − 3.2 3.2

≥1 b, ≥3 j Yes 20.3

β = 1 β = 1 β = 0

1605.06035 1605.06035 1508.04735

1.1 TeV LQ mass ≥ 2 j − 1.05 TeV LQ mass

640 GeV LQ mass

VLQ T T → Ht + X VLQ YY → Wb + X VLQ BB → Hb + X VLQ BB → Zb + X VLQ QQ → WqWq VLQ T 5/3 T 5/3 → W tWt

1 e, µ 1 e, µ 1 e, µ

≥ 2 b, ≥ 3 j Yes 20.3 ≥ 1 b, ≥ 3 j Yes 20.3 ≥ 2 b, ≥ 3 j Yes 20.3

20.3 20.3 3.2

T in (T,B) doublet 1505.04306 855 GeV T mass Y in (B,Y) doublet 1505.04306 770 GeV Y mass isospin singlet 1505.04306 735 GeV B mass

2/≥3 e, µ ≥2/≥1 b − B in (B,Y) doublet 1409.5500 1509.04261

ATLAS-CONF-2016-032

755 GeV B mass 1 e, µ ≥ 4 j Yes 690 GeV Q mass

2(SS)/≥3 e,µ ≥1 b, ≥1 j Yes 990 GeV T5/3 mass

Excited quark q∗ → qγ Excited quark q∗ → qg Excited quark b∗ → bg Excited quark b∗ → Wt Excited lepton ℓ ∗ Excited lepton ν∗

1 γ −

1 j 2 j

− 1 b, 1 j −

− −

3.2 15.7

8.8 20.3 20.3 20.3

only u∗ and d ∗, Λ = m(q∗) only u∗ and d ∗, Λ = m(q∗)

1512.05910 4.4 TeV 5.6 TeV

q∗ mass q∗ mass ATLAS-CONF-2016-069

ATLAS-CONF-2016-060 2.3 TeV b∗ mass 1 or 2 e, µ 1 b, 2-0 j Yes fg = fL = fR = 1

Λ = 3.0 TeV 1510.02664 1411.2921

1.5 TeV b∗ mass ℓ ∗ mass 3 e, µ

3 e, µ, τ − −

− −

3.0 TeV Λ = 1.6 TeV 1411.2921 1.6 TeV ν∗ mass

LSTC aT → W γ LRSM Majorana ν Higgs triplet H ±± → ee

1 e, µ, 1 γ 2 e, µ

2 e (SS) 3 e, µ, τ 1 e, µ

−

− 2 j − −

1 b − −

Yes − − −

Yes − −

20.3 20.3 13.9 20.3 20.3 20.3

7.0

1407.8150 1506.06020

960 GeV aT mass N0 mass m(WR ) = 2.4 TeV, no mixing

DY production, BR(H ±± 2.0 TeV

L → ee)=1 ATLAS-CONF-2016-051 570 GeV H± ± mass Higgs triplet → ℓ τ H ±± DY production, BR(HL → ℓτ)=1 ±± 1411.2921

1410.5404 400 GeV H± ± mass

spin-1 invisible particle mass Monotop (non-res prod) Multi-charged particles Magnetic monopoles

anon−res = 0.2 657 GeV DY production, |q| = 5e 1504.04188 785 GeV multi-charged particle mass

− DY production, |g | = 1gD , spin 1/2 1509.08059 1.34 TeV monopole mass

Mass scale [TeV] 10−1 1 10

ATLAS Preliminary √s = 8, 13 TeV

Reference

√s = 8 TeV √s = 13 TeV

ATLAS Exotics Searches* - 95% CL Exclusion Status: August 2016 {

L dt = (3.2 - 20.3) fb−1

*Only a selection of the available mass limits on new states or phenomena is shown. Lower bounds are specified only when explicitly not excluded. †Small-radius (large-radius) jets are denoted by the letter j (J).

Le LHC et les recherches de nouvelle physique ?

Model e, µ, τ, γ Jets E miss −1

T L dt[fb ] Mass limit

Incl

usiv

e S

earc

hes

3rd g

en.

dire

ct p

rodu

ctio

n

g m

ed.

3rd g

en. s

quar

ks

EW

di

rect

Lo

ng-li

ved

parti

cles

R

PV

Other Scalar charm, c

1507.05525 ATLAS-CONF-2016-078 qq, q→ q χ 0

1 0 2-6 jets Yes mono-jet 1-3 jets Yes

0 2-6 jets Yes 0 2-6 jets Yes

3 e, µ 4 jets - 2 e, µ (SS) 0-3 jets Yes

Yes Yes Yes Yes Yes Yes

m(χ0 )<200 GeV, m(1st gen. q)=m(2nd gen. q) 1 1.35 TeV

qq, q→ q χ 0 1 (compressed) m(q)-m( 1

χ0 )<5 GeV 1604.07773

ATLAS-CONF-2016-078 ATLAS-CONF-2016-078

608 GeV q

˜ , → qq gg g χ 0 1 1.86 TeV m( )=0 GeV χ 0

1 g

gg, g→ qq → χ ± 1 qqW± χ

0 1

m(χ0 )<400 GeV, m(χ± )=0.5(m(χ0 )+m(g )) 1 1 1.83 TeV g

gg, g→ qq(ℓ ℓ /νν) χ 0 1

m(χ0 )<400 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-037 1.7 TeV g

gg, g→ qqWZ χ 0 1 m( ) <500 GeV χ 0

1 ATLAS-CONF-2016-037 1.6 TeV g GMSB (ℓ NLSP) 1-2 τ + 0-1 ℓ 0-2 jets 1607.05979

1606.09150 1507.05493

ATLAS-CONF-2016-066 1503.03290 1502.01518

2.0 TeV g GGM (bino NLSP) 2 γ

γ γ 2 e, µ (Z)

0

- 1 b

2 jets 2 jets

mono-jet

cτ (NLSP)<0.1 mm 1.65 TeV g GGM (higgsino-bino NLSP) m(χ0 )<950 GeV, cτ (NLSP)<0.1 mm, µ<0

1 1.37 TeV g GGM (higgsino-bino NLSP) m(χ0 )>680 GeV, cτ (NLSP)<0.1 mm, µ>0

1 1.8 TeV g GGM (higgsino NLSP) m(NLSP)>430 GeV 900 GeV g

Gravitino LSP m(G)>1.8 × 10−4 eV, m(g)=m(q)=1.5 TeV 865 GeV F1/2 scale

gg, g→ bb χ 0 1 0

0-1 e, µ 0-1 e, µ

3 b 3 b 3 b

Yes Yes Yes

14.8 14.8 20.1

1.89 TeV m(χ0 )=0 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-052

ATLAS-CONF-2016-052 1407.0600

g gg, g→ tt χ 0

1+ 1.89 TeV m(χ0 )=0 GeV 1 g

gg, g→ btχ 1 m(χ0 )<300 GeV 1 1.37 TeV g

˜ ˜ χ b b , b → 1 1 1 b 0 1 0

2 e, µ (SS) 0-2 e, µ

2 b 1 b

1-2 b

Yes Yes

3.2 13.2

m(χ1 )<100 GeV 0 1606.08772 840 GeV b 1

b1 1 1 1 ˜ χ ± b , b → t m(χ0 )<150 GeV, m(χ± )= m(χ0 )+100 GeV 1 1 1 ATLAS-CONF-2016-037 1209.2102,

ATLAS-CONF-2016-077 1506.08616, ATLAS-CONF-2016-077

1604.07773 1403.5222

ATLAS-CONF-2016-038 1506.08616

325-685 GeV b 1

t t , t → 1 1 1 1 b χ ± Yes 4.7/13.3 m(χ± ) = 2m(χ0 ), m(χ0 )=55 GeV 1 1 1 t1117-170 GeV 200-720 GeV

t t , t → 1 1 1 Wb χ 0 0 1 or tχ 1 0-2 e, µ 0-2 jets/1-2 b Yes 4.7/13.3 m(χ1 )=1 GeV 0 90-198 GeV 205-850 GeV t1

t1 t1 , t1→ c 1 ˜ χ0 0 2 e, µ (Z) 3 e, µ (Z)

1 e, µ

mono-jet 1 b 1 b

Yes Yes Yes

3.2 20.3 13.3 20.3

m(t1 )-m(χ1 )=5 GeV 0 90-323 GeV t1

t1 t1 (natural GMSB) m(χ0 )>150 GeV 1 150-600 GeV t1

t2

t2

t2 t2 , t2→ t1 + Z m(χ0 )<300 GeV 1 290-700 GeV

˜ t , t → t + h t2 2 2 1 6 jets + 2 b Yes m(χ0 )=0 GeV 1 320-620 GeV

ℓ L,R ℓ L,R , ℓ ℓ χ 0

→ 1

2 e, µ 2 e, µ 2 τ

3 e, µ 2-3 e, µ e, µ, γ

4 e, µ 1 e, µ + γ 2

γ

0 0 - 0

0-2 jets 0-2 b

0 - -

Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes

20.3 13.3 14.8 13.3 20.3 20.3 20.3 20.3 20.3

m(χ1 )=0 GeV 0 1403.5294 ATLAS-CONF-2016-096

90-335 GeV ℓ χ +χ − χ + ˜

1 1 , 1 → ℓν (ℓ ν) m(χ0 )=0 GeV, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ± )+m(χ0 )) 1 1 1 640 GeV χ ±

1 χ +χ − χ + 1 1 , 1 → τ ν(τ ν) m( 1 )=0 GeV, m(τ, ν)=0.5(m( 1 )+m( 1 )) χ0 χ± χ0

ATLAS-CONF-2016-093 ATLAS-CONF-2016-096 1403.5294, 1402.7029

1501.07110 1405.5086

1507.05493 1507.05493

580 GeV χ ± 1

χ ±χ 0 ˜ ˜ 1 2→ ℓ Lνℓ Lℓ (νν), ℓ νℓ Lℓ (νν) m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ± )+m(χ0 )) 1 2 1 1 1 1.0 TeV χ ± , χ 0

1 2 χ ±χ 0 χ 0 χ 0

1 2→ W 1Z 1 m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, ℓ decoupled

1 2 1 425 GeV χ ± , χ 0

1 2 χ ±χ 0 χ 0 χ 0

1 2 1 1 → W h , h→ bb/WW/ττ/γγ ¯ m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, ℓ decoupled 1 2 1 270 GeV χ ± , χ 0

1 2 χ 0 χ 0 χ 0 ˜

2 3, 2,3 → ℓ R ℓ m(χ0 )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ0 )+m(χ0 )) 2 3 1

cτ<1mm cτ<1mm

2 1 635 GeV χ 0 2,3

GGM (wino NLSP) weak prod. 115-370 GeV W

GGM (bino NLSP) weak prod. 590 GeV W

Direct prod., long-lived χ 1 χ 1 + − χ ± Disapp. trk

χ 1 dE/dx trk 0

trk dE/dx trk

1 1 jet -

1-5 jets - - - - - -

Yes Yes Yes

- - -

Yes - -

20.3 18.4 27.9

3.2 3.2

19.1 20.3 20.3 20.3

m( )-m( ) 160 MeV, τ ( )=0.2 ns χ± χ 1 1 0

∼ χ± 1 1310.3675

1506.05332 1310.6584 1606.05129 1604.04520 1411.6795 1409.5542 1504.05162 1504.05162

270 GeV χ ± 1

Direct prod., long-lived χ 1 χ 1 + −

± m( )-m( ) 160 MeV, τ ( )<15 ns χ1 χ ± 0

1 ∼ χ1 ± 495 GeV χ ±

1

Stable, stopped g R-hadron m( 1 )=100 GeV, 10 µs<τ (g)<1000 s χ0 850 GeV g Stable g R-hadron 1.58 TeV g Metastable g R-hadron m(χ0 )=100 GeV, τ>10 ns

1 1.57 TeV g

GMSB, stable τ , → χ 0 1 τ (e, µ )+τ (e, µ) 1-2 µ

2 γ displ. ee/eµ/µµ displ. vtx + jets

10<tanβ<50 537 GeV χ 0 1

GMSB, → G, long-lived χ γ ˜ 0 1

χ 0 1 1<τ ( 1 )<3 ns, SPS8 model χ0 440 GeV χ 0

1

gg, → χ 0 1 eeν/eµν/µµν 7 <cτ (χ0 )< 740 mm, m(g )=1.3 TeV

1 1.0 TeV χ 0 1

GGM gg, → G χ ˜ 0 1 Z 6 <cτ (χ1 ) 0 < 480 mm, m(g )=1.1 TeV 1.0 TeV χ 0

1

LFV pp→ ντ + X, ντ→ eµ/eτ/µτ

1 1 , 1 → W 1, 1→ eeν, eµν, µµν 1 12k

eµ,eτ ,µτ 2 e, µ (SS)

4 e, µ 3 e, µ + τ

- 0-3 b

- -

- Yes Yes Yes

1.14 TeV 1 χ +χ − χ + χ 0 χ 0

1 1 , 1 → W 1, 1→ ττν e, eτντ m(χ0 )>0.2 m(χ± ), λ *0

1 × 1 133

1405.5086 ATLAS-CONF-2016-057

450 GeV χ ± 1

gg, g→ qqq 0 4-5 large-R jets - BR(t)=BR(b)=BR(c)=0% 1.08 TeV g

gg, g→ qq , → qqq χ χ 0 0 1 1

0 4-5 large-R jets - m(χ0 )=800 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-057 1.55 TeV g

gg, g→ tt , → qqq χ χ 0 0 1 1

1 e, µ 8-10 jets/0-4 b - 1 e, µ 8-10 jets/0-4 b -

m(χ0 )=700 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-094 1.75 TeV g

gg, g→ t1 t, t1→ bs 625 GeV<m(t1 )<850 GeV ATLAS-CONF-2016-094 1.4 TeV g ˜ t , t → bs t1 1 1

3.2 20.3 13.3 20.3 14.8 14.8 14.8 14.8 15.4 20.3

λ ′ 311 =0.11, λ132/133/233 =0.07 1607.08079 1.9 TeV ντ

Bilinear RPV CMSSM m(q)=m(g ), cτLS P <1 mm 1404.2500 ATLAS-CONF-2016-075

1.45 TeV q, g χ +χ − χ + χ 0 χ 0 m(χ0 )>400GeV, λ *0 (k = 1, 2) χ ±

0 2 e, µ

2 jets + 2 b - 2 b -

ATLAS-CONF-2016-022, ATLAS-CONF-2016-084 410 GeV 450-510 GeV t 1

˜ t , t → bℓ t1 1 1 BR(t1 → be/µ)>20% ATLAS-CONF-2015-015 0.4-1.0 TeV t1

→ c χ 0 1 0 2 c Yes 20.3 m(χ1 )<200 GeV 0 1501.01325 510 GeV c

1

ATLAS Preliminary √ s = 7, 8, 13 TeV

Reference MSUGRA/CMSSM 0-3 e, µ /1-2 τ 2-10 jets/3 b Yes 20.3

13.3 3.2

13.3 13.3 13.2 13.2

3.2 3.2

20.3 13.3 20.3 20.3

1.85 TeV m(q)=m(g ) q, g q

√ s = 7, 8 TeV √ s = 13 TeV

ATLAS SUSY Searches* - 95% CL Lower Limits Status: August 2016

*Only a selection of the available mass limits on new

Le LHC et les recherches de nouvelle physique ?

Model e, µ, τ, γ Jets E miss −1

T L dt[fb ] Mass limit

Incl

usiv

e S

earc

hes

3rd g

en.

dire

ct p

rodu

ctio

n

g m

ed.

3rd g

en. s

quar

ks

EW

di

rect

Lo

ng-li

ved

parti

cles

R

PV

Other Scalar charm, c

20.3 13.3

3.2 13.3 13.3 13.2 13.2

3.2 3.2

20.3

1507.05525 ATLAS-CONF-2016-078 qq, q→ q χ 0

1 0 2-6 jets Yes mono-jet 1-3 jets Yes

0 2-6 jets Yes 0 2-6 jets Yes

3 e, µ 4 jets - 2 e, µ (SS) 0-3 jets Yes

Yes Yes Yes

m(χ0 )<200 GeV, m(1st gen. q)=m(2nd gen. q) 1 1.35 TeV

qq, q→ q χ 0 1 (compressed) m(q)-m( 1

χ0 )<5 GeV 1604.07773 ATLAS-CONF-2016-078 ATLAS-CONF-2016-078

608 GeV q

˜ , → qq gg g χ 0 1 1.86 TeV m( )=0 GeV χ 0

1 g

gg, g→ qq → χ ± 1 qqW± χ

0 1

m(χ0 )<400 GeV, m(χ± )=0.5(m(χ0 )+m(g )) 1 1 1.83 TeV g

gg, g→ qq(ℓ ℓ /νν) χ 0 1

m(χ0 )<400 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-037 1.7 TeV g

gg, g→ qqWZ χ 0 1 m( ) <500 GeV χ 0

1 ATLAS-CONF-2016-037 1.6 TeV g GMSB (ℓ NLSP) 1-2 τ + 0-1 ℓ 0-2 jets 2.0 Te g GGM (bino NLSP) 2 γ

γ γ

- 1 b

2 jets

1.65 TeV g GGM (higgsino-bino NLSP) g 1.37 TeV GGM (higgsino-bino NLSP) Yes 13.3 1.8 TeV m( 1 )>680 GeV, cτ (NLSP)<0.1 mm, µ>0 ATLAS-CONF-2016-066

Z) 2 jets Yes 20.3 g 900 GeV m(NLSP)>430 GeV 1503.03290 mono-jet Yes 20.3 F1/2 scale 865 GeV m(G)>1.8 × 10−4 eV, m(g)=m(q)=1.5 TeV 1502.01518

3 b Yes 14.8 g 1.89 TeV m(χ0 )=0 GeV ATLAS-CONF-2016-052 1

3 b Yes 14.8 g 1.89 TeV m(χ0 )=0 GeV ATLAS-CONF-2016-052 1

3 b Yes 20.1 g 1.37 TeV m(χ0 )<300 GeV 1407.0600 1

2 b Yes 3.2 b 840 GeV m(χ0 )<100 GeV 1606.08772

1 1 S) 1 b Yes 13.2 b 325-685 GeV m(χ0 )<150 GeV, m(χ± )= m(χ0 )+100 GeV ATLAS-CONF-2016-037 1 1 1 1

1-2 b Yes 4.7/13.3 tt117-11 170 GeV 200-720 GeV m(χ±) = 2m(χ0 ), m(χ0 )=55 GeV 1209.2102, ATLAS-CONF-2016-077 1 1 1

0-2 jets/1-2 b Yes 4.7/13.3 tt11 90-198 GeV 205-850 GeV m(χ0 )=1 GeV 1506.08616, ATLAS-CONF-2016-077 1

0 mono-jet Yes 3.2 t1 90-323 GeV m(t1 )-m(χ1 )=5 GeV 1604.07773 Z) 1 b Yes 20.3 t1 150-600 GeV m(χ0 )>150 GeV 1403.5222

1 Z) 1 b Yes 13.3 t2 290-700 GeV m(χ0 )<300 GeV ATLAS-CONF-2016-038

1 6 jets + 2 b Yes 20.3 t2 320-620 GeV m(χ0 )=0 GeV 1506.08616

1

0 Yes 20.3 ℓ 90-335 GeV m(χ0 )=0 GeV 1403.5294 1

0 Yes 13.3 χ ± 640 GeV m(χ0 )=0 GeV, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ± )+m(χ0 )) ATLAS-CONF-2016-096 1 1 1 1

- Yes 14.8 χ ± 580 GeV m(χ0 )=0 GeV, m(τ, ν)=0.5(m(χ± )+m(χ0 )) ATLAS-CONF-2016-093 1 1 1 1

0 Yes 13.3 χ ± , χ 0 1.0 TeV m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ± )+m(χ0 )) ATLAS-CONF-2016-096 1 2 1 2 1 1 1

0-2 jets Yes 20.3 χ ± , χ 0 425 GeV m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, ℓ decoupled 1403.5294, 1402.7029 1 2 1 2 1

0-2 b Yes 20.3 χ ± , χ 0 270 GeV m(χ± )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, ℓ decoupled 1501.07110 1 2 1 2 1

0 Yes 20.3 χ 0 635 GeV m(χ0 )=m(χ0 ), m(χ0 )=0, m(ℓ , ν)=0.5(m(χ0 )+m(χ0 )) 1405.5086 2,3 2 3 1 2 1

γ - Yes 20.3 W 115-370 GeV cτ<1mm 1507.05493 - Yes 20.3 W 590 GeV cτ<1mm 1507.05493

trk 1 jet Yes 20.3 χ ± 270 GeV m(χ± )-m(χ0 )∼160 MeV, τ (χ± )=0.2 ns 1310.3675 1 1 1 1

k - Yes 18.4 χ ± 495 GeV m(χ± )-m(χ0 )∼160 MeV, τ (χ± )<15 ns 1506.05332 1 1 1 1

1-5 jets Yes 27.9 g 850 GeV m(χ0 )=100 GeV, 10 µs<τ ( g)<1000 s 1310.6584 1

- - 3.2 g 1.58 TeV 1606.05129 k - - 3.2 g 1.57 TeV m(χ0 )=100 GeV, τ>10 ns 1604.04520

1 - - 19.1 χ 0 537 GeV 10<tanβ<50 1411.6795

1 - Yes 20.3 χ 0 440 GeV 1<τ (χ0 )<3 ns, SPS8 model 1409.5542

1 1

g χ0

GGM (higgsino NLSP) 2 e, µ ( 0 Gravitino LSP

gg, g→ bb χ 0 1 0

gg, g→ tt χ 0 1+

0-1 e, µ gg, g→ btχ 1 0-1 e, µ

˜ ˜ χ b b , b → 1 1 1 1 b 0 0 ˜ ˜ b b , b → 1 1 1 1 t χ ± 2 e, µ (S t t , t → 1 1 1 1 b χ ± 0-2 e, µ t1 t1 , t1→ Wb 1 or t 1 χ 0 χ 0 0-2 e, µ t t , t → c 1 1 1 1 χ 0 0

2 e, µ ( 3 e, µ (

t1 t1 (natural GMSB) t2 t2 , t2→ t1 + Z t2 t2 , t2→ t1 + h 1 e, µ ℓ L,R ℓ L,R , ℓ ℓ χ 0

→ 1

2 e, µ χ +χ − χ + ˜

1 1 , 1 → ℓν (ℓ ν) 2 e, µ χ +χ − χ +

1 1 , 1 → τ ν(τ ν) 2 τ χ ±χ 0 ˜ ˜ 1 2→ ℓ Lνℓ Lℓ (νν), ℓ νℓ Lℓ (νν) 3 e, µ χ ±χ 0 χ 0 χ 0

1 2→ W 1Z 1 2-3 e, µ χ ±χ 0 χ 0 χ 0

1 2 1 1 → W h , h→ bb/WW/ττ/γγ ¯ e, µ, γ χ 0 χ 0 χ 0 ˜

2 3, 2,3 → ℓ R ℓ 4 e, µ GGM (wino NLSP) weak prod. 1 e, µ + GGM (bino NLSP) weak prod. 2 γ

Direct prod., long-lived χ 1 χ 1 + − χ ± Disapp.

1

Direct prod., long-lived χ 1 χ 1 + − χ ±

1 dE/dx tr Stable, stopped g R-hadron 0

trk Stable g R-hadron Metastable g R-hadron dE/dx tr GMSB, stable τ , → χ 0

1 τ (e, µ )+τ (e, µ) 1-2 µ GMSB, → G, long-lived χ γ ˜ 0

1 χ 0

1 2 γ

gg, → χ 0 1 eeν/eµν/µµν displ. ee/eµ/µµ - - 20.3 χ

20.3

7 <cτ (χ0 )< 740 mm, m(g )=1.3 TeV 1 1504.05162

1504.05162 1.0 TeV

0 1

GGM gg, → G χ Z 0 1 displ. vtx + jets - - 6 <cτ ( 1 )< 480 mm, m(g )=1.1 TeV χ0 1.0 TeV χ 0

1

LFV pp→ ντ + X, ντ→ eµ/eτ/µτ eµ,eτ ,µτ 2 e, µ (SS)

4 e, µ 3 e, µ + τ

- 0-3 b

- -

- Yes Yes Yes

3.2 20.3 13.3 20.3 14.8 14.8 14.8 14.8 15.4 20.3

λ ′ 311 =0.11, λ132/133/233 =0.07 1607.08079 1404.2500

1.9 TeV ντ

q, g Bilinear RPV CMSSM m(q)=m(g ), cτLS P <1 mm 1.45 TeV χ +χ − χ + χ 0 χ 0

1 1 , 1 → W 1, 1→ eeν, eµν, µµν m(χ0 )>400GeV, λ *0 (k = 1, 2) 1 12k ATLAS-CONF-2016-075 1.14 TeV χ ±

1 χ +χ − χ + χ 0 χ 0

1 1 , 1 → W 1, 1→ ττν e, eτντ m(χ0 )>0.2 m(χ± ), λ *0 1 1 133

× BR(t)=BR(b)=BR(c)=0%

1405.5086 ATLAS-CONF-2016-057

450 GeV χ ± 1

gg, g→ qqq 0 4-5 large-R jets - 1.08 TeV g

gg, g→ qq , → qqq χ χ 0 0 1 1

0 4-5 large-R jets - m(χ0 )=800 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-057 1.55 TeV g

gg, g→ tt → qqq χ , χ 0 0 1 1

1 e, µ 8-10 jets/0-4 b - 1 e, µ 8-10 jets/0-4 b -

m(χ0 )=700 GeV 1 ATLAS-CONF-2016-094 1.75 TeV g

˜ t, t → bs 625 GeV<m(t1 )<850 GeV ATLAS-CONF-2016-094 1.4 TeV g t1 t1 , t1→ bs t1 t1 , t1→ bℓ

0 2 e, µ

2 jets + 2 b - 2 b -

ATLAS-CONF-2016-022, ATLAS-CONF-2016-084 410 GeV 450-510 GeV t1

BR(t1 → be/µ)>20% ATLAS-CONF-2015-015 0.4-1.0 TeV t1

→ c χ 0 1 0 2 c Yes 20.3 m(χ1 )<200 GeV 0 1501.01325 510 GeV c

1

ATLAS Preliminary √ s = 7, 8, 13 TeV

Reference MSUGRA/CMSSM 0-3 e, µ /1-2 τ 2-10 jets/3 b Yes 1.85 TeV m(q)=m(g ) q, g

q

√ s = 7, 8 TeV √ s = 13 TeV

ATLAS SUSY Searches* - 95% CL Lower Limits Status: August 2016

*Only a selection of the available mass limits on new

On explore t ous les modes de désint égrat ions possibles pour: 1/ rechercher de nouvelles par t icules qui pour raient être produites à ces énergies j amais explorées 2/ rechercher plus précisement un candidat Mat ière Noire.

V 1607.05979

cτ(NLSP)<0.1 mm 1606.09150 m(χ0 )<950 GeV, cτ(NLSP)<0.1 mm, µ<0

1 1507.05493

Au delà du Modèle Standard Une extension nat urelle du Modèle Standard est la SuperSymmét r ie (SUSY)

SUSY est une symmét r ie qui connecte les bosons et les fer mions Chaque part icule du Modèle Standard a un partenaire SUSY,

* avec un spin dif férent d’une ½ unit é * et une valeurs dif férente de R- par it y R=(-1)3(B-L)+2S

Le Neut ralino le plus léger est le candidat Mat ière Noire idéal !

En fonct ion du contenu de l’extension il y a de mult iples modèles SUSY

mSUGRA/ CMSSM

MSSM

NMSSM Adap

ted

from

Rizz

o

Au delà du Modèle Standard

“Les plus simples” : Minimales extensions au Modèle Standard

Le NMS S M est encore peu exploré, il per met de concilier les résultat s du GCE par Fer mi et toutes les mesures act uelles

MSSM

Higgs superpotential

Higgs sector

5R (Hi , H ) ---+ ( ho, Ho )

Ss (Hi , H ) ---+ ( A )

Neutra lino sector

(8,.., , w"' , H,.., u , H,.., d ) ( "' 0 X,..,o2 , X,..,3o , X,..,4o ---+ X1, )

Z3-invariant NMSSM

Higgs su perpotentia l

Higgs sector

(H , H , 5)

---+ ( Hf , Hg, H) Ss ( H , H ,S) ---+ (A1, A2 )

Neutra lino sector

free parameters (Hu) _ ( Hd ) , µeff = À(S), À, K , A\ , Ai< , ta n fJ

M1, M2 , M 3, m ;, mt; , m ., mj_, m ; , At , Ab, AT I I

semi-const rained Z3-invariant NMSSM

Higgs superpotenti a l

H iggs sector

(H , H , 5) ---+ ( Hf , Hg, Hg)

Ss ( H , H , 5) ---+ (A1, A2 )

Neutra lino sector

free parameters

_ (Hu) _ = .À (5), M1;2 , mo , Ao .À, K , A>., A"' , ta n /3 = (Hd ) , µeff

Mat iére Noire et SUSY *Ear ly Universe: all part icules are in t her mal equilibr ium. *The Universe cools down and expands: interact ion rate too small for equilibr ium *As t he densit y decreases t he annihilat ion rate becomes small compared t o t he expansion: th is is t he LSP (Lightest supersymmet r ic part icle) f reeze out.

H: t he Hubble expansion rate

t her mally averaged annihilat ion cross-sect ion

number densit y in t her mal equilibr ium

product ion processes

The number densit y of DM part icle is given by:

Dilut ion f rom expansion

Annihilat ion processes

∧cdmh2≈1. / <σv>

➢ Complexit é des modèles t héor iques ➢ Complexit é de l’analyses des données ➢ Maît r ise des aspect s combinaison de données et fit s mult i paramètres

Nécessit é de rassembler des t héor iciens et des expérimentateurs => 5 laboratoires du CNRS: - L2C (Mont pellier): Jean- Loic Kneur et Gilber t Moultaka [a]

- LUPM (Mont pellier): Cyr il Hugonie [a] - LPC (Cler mont Fer rand): Ana Texeira [a] - LPT (Orsay): Ulr ich Ellwanger [a]

- LAL (Orsay): Laurent Duflot, Sophie Henrot-Versillé, Dirk Zerwas [c] [a] t héor iciens [c] expérimentateurs

Not re Proj et BSMLHCCosmo

+Xenon100 + Higgs Couplings

Which to ol for which computat ion: Light Higgs mass Higgs BR Cold DM densit y

: SUSPECT2 : SUSY-HIT HDECAY : MICROMEGAS

Elect roweak precision : SUSYPOPE B decay & (g-2)µ : SUSPECT2+MICROMEGAS

The input measurement s => m(Higgs), and ∧cdm are t he most const raining

∧cdm [ Planck vs. Wmap]

m(higgs)

Cont raindre SUSY: comment ?

4000

M1 [GeV]

0 1000 2000 3000

M2

[GeV

]

0

2000

1500

1000

500

4000

3500

3000

2500

0.022

0.02

0.018

0.016

0.014

0.012

0.01

0.008

0.006

0.004

0.002

0 4000

M1 [GeV]

0 1000 2000 3000 µ

[GeV

] -2000

0

-500

-1000

-1500

2000

1500

1000

500

0.022

0.02

0.018

0.016

0.014

0.012

0.01

0.008

0.006

0.004

0.002

0

Bino-Higgsino region for |M1|≈|µ| and µ<0 [neut ralino ≈50% Bino/ 50% Higgsino ] An example : m(χ~0 )=768GeV Chargino/ Neut ralino co- annihilat ion 1

Large Higgsino Region split t ed into µ≈±1.2TeV Chargino/ Neut ralino annihilat ion dominates Example : m(χ0 )=1TeV 1

Exemple: le MSSM

=> Difficile de t rouver une zone compat ible avec le GCE et non deja exclue par le LHC

Nombre de paramètres à cont raindre: 14

SHV et al. Phys. Rev. D 89, 055017 (2014)

le GCE et le NMSSM A BuNer et al. arXiv:1507.02288

• Dans le NMSSM on peut t rouver des candidat s mat ière noire compat ibles avec toutes les mesures act uelles (ast rophysiques, cosmologiques, m(Higgs) et couplages, physique du B, …

• NMSSM+GCE établit un lien ent re la mat ière noire et le rapport d’embranchement du Higgs en part icules de mat ière noire (non présent dans le MSSM)

The galact ic center excess [black points] - > neut ralino mass > 30GeV - > GCE fu lfilled for

mA1 < 2m(neut ralino)

Vers des signat ures du NMSSM @LHC

Act uellement : ét udes pour définir quels t ypes de signat ures pour raient per met t re de met t re en évidence le NMSSM au LHC

• Est imat ion des dif férent s bruit s de fond et de la faisabilit é de telles analyses

• … en cours

J. Knolle

Conclusion

Une for te synergie ent re t héor iciens et expérimentateurs est nécessaire dans ce domaine d’act ivit é Le NMSSM est un modèle SUSY dont l’ét ude est promet teuse pour expliquer toutes les mesures act uelles (ast ro, cosmo, physique des part icules au sens large) De nombreux acteurs dans ce domaine sont au CNRS, et t ravaillent/ publient ensemble Grace à Inphynit i: Organisat ion d’un workshop internat ional pour per met t re de faire f r uct ifier ce champ de recherche et définir de nouvelles voies d’explorat ion pour (in?)valider ce modèle avec les données à venir les 21 et 22 novembre prochain: hNps://indico.in2p3.fr/event/13682/overview

Backups

The neut ralino as LSP I n t he following we will assume t he lightest neut ralino t o be t he LSP. With R par ity conser vat ion: t he LSP is stable. The neut ralinos are linear combinat ions of t he neut ral Higgsinos and EW gauginos. The neut ralino mass mat r ix in t he gauge eigenstates basis (~B, W~ 0, ~H1, ~H2):

Bino LSP Light ~χ0

1

LSP wit h strong Higgsino component

Higgs funnel mH≈2m( χ~0 ) 1

Co- annihilat ion m(~τ)≈m(LSP)

Some cont r ibut ions t o t he annihilat ion/ co- annihilat ion cross sect ion: