Motivation de la recherche de la position des vertex

La recherche de la position du vertex primaire joue un rôle déterminant pour identifier l'événement sélectionné par le système de déclenchement parmi les 25 événements empilés par croisement de faisceau. Mais la reconstruction du vertex primaire permet aussi d'améliorer des performances et de réduire le temps de calcul de la reconstruction, surtout dans les événements où le calcul de l'énergie transverse manquante est essentielle et où peu ou pas de traces pointent vers le vertex primaire ( $H \rightarrow \gamma \gamma$). Par exemple, la mesure de l'impulsion des particules provenant du vertex primaire est réajustée avec la position du vertex primaire.

La recherche de la position des vertex secondaires offre pour principal intérêt d'accéder à une information sur les particules à faible durée de vie (entre quelques picosecondes et plusieurs centaines). Avant leur désintégration, la distance parcourue par ces particules est insuffisante pour pouvoir reconstruire leur trajectoire. Certaines de ces particules peuvent également être neutres. Cependant si leurs produits de décroissance sont précisément mesurés, il est possible de déduire les caratéristiques cinématiques et physiques de ces particules qui se sont désintégrées au point du vertex secondaire. Par exemple, une des manières possibles de mettre en évidence la violation CP est d'observer une différence entre les produits de désintégration d'un $B^0$ et ceux d'un $\bar{B^0}$ dans le canal $B^0 \rightarrow J/\psi K^0_s$ donnant accès à la mesure de $sin(2\beta)$.

Figure: Un événement $b$ $\bar{b}$ composé de 21 traces (ligne de couleur), et de 5 vertex simulés dont deux vertex secondaires.

Afin d'aborder la violation CP dans les événements $b \bar{b}$ mais aussi reconnaître le quark top ou découvrir le boson de Higgs, il faut pouvoir identifier les jets issus de la fragmentation de quarks $b$. Presque toutes les signatures de jets de $b$ ont au moins un vertex secondaire, du fait du temps de vie relativement long des particules contenant un quark $b$ ($\sim 1,5$ ps) qui équivaut à un parcours de 2-3 mm au LHC (avec un facteur de Lorentz $\gamma \simeq 4$) comme le montrent les vertex secondaires (les 2 croix à gauche du vertex primaire) de la figure .

Certaines particules ont un temps de vie plus long ( $\tau (\Lambda) = 2,6$ $10^{-10} s$ ou $\tau (K^0_s) = 0,9$ $10^{-10} s$) et les vertex secondaires peuvent être créés à plusieurs dizaines de centimètres dans le trajectographe (long de 5,4m), ce qui complique considérablement la reconstruction des traces à cause de la faible multiplicité des points de reconstruction des traces.

Pour chaque type de vertex : primaires, secondaires proches (à moins de 4 cm) et secondaires éloignés (à plus de 4 cm), différents algorithmes de reconstruction de vertex sont disponibles (tableau ). Le choix de l'algorithme de reconstruction est à la fois basé sur le type de particules étudiées et les performances des différents algorithmes en fonction des performances requises (meilleure résolution possible, meilleure efficacité possible, meilleure pureté possible...).

Table: Choix entre plusieurs algorithmes de reconstruction en fonction du type de vertex.

type de	primaires	secondaires
vertex		proche	éloigné
particules	H, ...	B, $\tau$, ...	$\Lambda$, $K^0_s$, $V_0$, ...
exemples de	$H \rightarrow Z Z^* \rightarrow 2l^{+} 2l^{-}$	$\tau^- \longrightarrow \mu^- \bar{\nu_{\mu}} \nu_{\tau}$	$\Lambda \longrightarrow p \pi^{-}$
canaux de		$B^0_s \rightarrow \mu^{+} \mu^{-} \phi \rightarrow \mu^{+} \mu^{-} K^{+} K^{-}$	$K^0_s \longrightarrow \pi^{+} \pi^{-}$
désintégration
	Méthode des	Méthode de
Algorithmes	amas (partie )	l'"Elastic Arms" (partie )
de	Méthode de	Méthode de
reconstruction	"binning" (partie )	PrimaryVertexFinder (partie )
	Méthode des	Méthode de
	gaussiennes (partie )	$D_0\phi$ (partie )

La reconstruction de vertex secondaires est donc primordiale pour la physique du B à la fois pour caractériser les événements contenant des quarks $b$ mais aussi pour mesurer précisément le temps de vol.