PFE & RAPPORT Classification des signaux issus d’une simulation de Monte Carlo pour la détection des bosons de Higgs, en utilisant un perceptron multicouche PDF
Introduction générale
CHAPITRE I. Eléments de physique des hautes énergies et positionnement de l’étude
1. Le Modèle Standard et extensions
1.1. Particules élémentaires
1.1.1. Fermions
1.1.2. Bosons
1.2. Champs et interactions
1.3. Formalismes mathématiques et Lois de Conservation
1.3.1. Formalisme Lagrangien
1.3.2. Théorème de Noether
1.4. Symétrie de Jauge
1.4.1. Invariance en Quantum Electrodynamic ou Electrodynamique Quantique (QED) sous U(1)
1.4.2. Généralisation du principe : les invariances sous SU(N)
1.5. Limites du Modèle Standard et nouvelles théories
2. Phénoménologie des bosons de Higgs
2.1. Modèle à deux doublets de Higgs
2.2. Modèle simplifié et approximations
2.3. Les différents modes de production du boson de Higgs
2.3.1. Fusion gluon-gluon (ggF)
2.3.2. Fusion des vecteurs bosons W,Z
2.3.3. Production associée aux vecteurs bosons
2.3.4. Production associée t ¯ tH
2.4. Mode de désintégration
2.5. Sélection d’évènement : les traits-classificateurs de bas niveau
2.6. Optimisation de la classification : les traits-classificateurs de haut niveau
CHAPITRE II. Simulation par Monte Carlo
3. La méthode de Monte Carlo et les générateurs d’évènements
3.1. Description de la méthode
3.2. Générateurs de nombres aléatoires
3.3. Théories et modèles
4. Simulation
4.1. Génération d’évènements par MadGraph5
4.2. Hadronisation et Showering par Pythia8
4.2.1. Showering
4.2.2. Hadronisation
4.3. Simulation du détecteur par Delphes
4.4. Résultats des simulations
CHAPITRE III.Réseaux de neurones et Classification
5. Théories sur les perceptrons et problèmes de classification
5.1. Réseaux de neurones artificiels
5.1.1. Historique
5.1.2. Imitations des neurones biologiques
5.1.3. Description d’un réseau de neurones artificiels
5.2. Perceptron
5.3. Perceptron multicouche
5.4. Versions améliorées de l’algorithme de RetroPropagation
5.5. Classification de données
6. Le framework ROOT et environnement de développement
6.1. ROOT
6.1.1. Présentation de ROOT
6.1.2. Les bibliothèques ROOT
6.2. Notre programme de classification
7. Présentation des résultats
7.1. Execution du programme
7.2. Architecture
7.3. Résultats
Conclusion générale
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La physique des hautes énergies telle que nous la connaissons peut être assimilée à un grand puzzle . . . en multidimensionnel! Chaque expérience, chaque publication, chaque page, chaque question, chaque réponse, chaque pensée, chaque penseur ont inséré sa pièce dans l’emplacement exact pour former une image qui s’est enrichie en pixel au cours des siècles. Nul ne sait qui a mis la première pièce ni quand on va pouvoir admirer le chef d’œuvre. Le fondement conceptuel même de la science exige une validation expérimentale des théories. Mais beaucoup —pour ne pas dire la plupart— des découvertes scientifiques ont été le fruit direct de la curiosité stimulée par l’étrangeté de certains phénomènes.
C’est le cas, par exemple, de la découverte de la radioactivité spontanée de l’uranium par Becquerel en 1896 et de l’électron par Thomson en 1897. Le développement de l’ère quantique depuis Planck (1900) a été alimenté par la capacité des expérimentateurs à interpréter ces phénomènes. Notons, en guise d’exemple, La naissance de la Relativité d’Einstein (1905) pour expliquer l’effet photoélectrique et la théorie quantique du spectre atomique par Niels Bohr. Vient ensuite la dualité onde-corpuscule de De Broglie suite aux expériences de Compton pour inspirer Introduction Heisenberg dans l’élaboration des fondements de la Mécanique Quantique ainsi que la physique des ondes de Schrödinger.
Une autre approche beaucoup plus algébriste a été prise par Dirac pour réunir ces deux idées révolutionnaires à savoir la Relativité et la Mécanique Quantique. Cet adepte de mathématiques pures a fondé l’Électrodynamique Quantique en 1927 puis a proposé un an après une correction de l’équation de Klein Gordon pour tenir compte de la nature relativiste de l’électron. Dirac a prédit l’existence du positon et des antiparticules, en particulier l’antiproton. L’année suivante, Anderson a confirmé expérimentalement sa découverte. La théorie a devancé la pratique, mais ce n’est que le commencement! Cependant, depuis la mise en évidence du noyau atomique par Rutherford en 1911, on n’a pas eu assez d’information sur ce qui le compose, sinon sa charge positive. Bien sûr, des chercheurs y travaillaient — y consacraient même une vie.
En effet, dès 1914, Chadwick constatait que la raie spectrale β est continue; suspectant une particule neutre très pénétrante dans les parages. Mais ce n’est qu’en 1934 soit vingt ans après que Pauli a pu démasquer la particule mystérieuse du nom de neutrino expliquant la continuité de cette fameuse raie par la réaction n → p + e − + ¯ ν e . Bien entendu, ce n’est possible qu’après la découverte du neutron par Chadwick. Majorana prenait le relais en développant sa théorie sur le neutrino. Désormais, on parle de Physique des particules et de Théories.
