Academic literature on the topic 'Collisions d’ions lourds'

Lors des collisions d'ions lourds au Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) de Brookhaven, les partons composant tous les nucléons mis en jeu interagissent. L'étude de ces interactions est un domaine important de la physique des particules. Jusqu'à présent, on utilisait le plus souvent le modèle hydrodynamique des fluides parfaits (non visqueux) pour rendre compte de l'évolution du système créé dans les collisions. Mais ce modèle est incapable de reproduire l'ensemble des observations expérimentales. Afin de mieux comprendre l'évolution du système créé dans une collision d'ions lourds, j'ai réalisé une résolution numérique de l'équation de Boltzmann à (2+1)dimensions afin de simuler la dynamique d'un gaz de particules relativistes. Nous avons ainsi pu montrer que l'introduction de déviations à l'état d'équilibre thermique local permet de comprendre certaines des mesures expérimentales que les calculs d'hydrodynamique idéale ne sont pas à même d'expliquer. L'étude de la dépendance en centralité du flot elliptique nous a permis d'évaluer le degré de thermalisation de (le nombre de Knudsen correspondant à) la matière créée dans les collisions centrales, Au-Au à sqrt s=200~GeV, au RHIC. Nous avons alors pu montrer que la prise en compte des effets de thermalisation partielle permettait d'expliquer le ``HBT Puzzle''. Néanmoins, la thermalisation partielle n'est pas, à elle seule, capable de faire s'accorder prédictions théoriques et données expérimentales. D'autres effets physiques semblent avoir été sous-estimés comme les fluctuations dans les conditions initiales dont on a montré qu'elles étaient un ingrédient clef dans l'étude du rapport {4}/(v_{2})^2.

L’équation d’état de la matière nucléaire est un outil primordial dans la description des collisions entreions lourds, mais également dans la description de la formation d’objets ou de phénomènes astrophysiques(structure des étoiles à neutrons, fusion d’étoiles à neutron). Établir l’équation d’état de la matière nucléairerequiert de définir de manière précise les conditions thermodynamiques (densité, température, asymétrie pro-ton/neutron) dans lesquelles le systèmes évolue. Dans ce travail, nous abordons la problématique de l’étatd’équilibration maximal qui est atteint dans les collisions entre ions lourds, en terme d’énergie et d’isospin.Pour cela, nous utilisons la base de données expérimentale du multi-détecteur INDRA construite par lacollaboration au cours de ces 25 dernières années, en nous intéressant plus particulièrement aux collisionscentrales dans le domaine de l’énergie de Fermi, entre 10 et 100 MeV/nucléon. Nous présentons ainsi dansce document, comment à l’aide de simulation dédiées, il nous a été possible de relier le pouvoir d’arrêt de lamatière nucléaire à la section efficace de collision nucléon-nucléon dans la matière nucléaire. Nous apportonségalement des éléments de réponse au regard du transport de l’isospin dans les collisions centrales à l’aidedes rapports isobariques A = 3 construits à partir des tritons et des hélium-3. Ces différents résultats nouspermettent de mettre en avant le nouveau dispositif expérimental mis en place par les collaborations INDRAet FAZIA : le multi-détecteur FAZIA. Ce dernier est le résultat d’une période de recherche et développementde dix ans, ayant abouti à un multi-détecteur embarquant son électronique numérique sous vide, avec desperformances d’identification accrues (mesure de la charge Z et de la masse A jusqu’à Z = 25) par rapportaux multi-détecteurs des générations précédentes<br>The nuclear matter equation of the state is an essential tool in the description of heavy ion collisions,but also in the description of the formation of astrophysical objects or phenomena (neutron star structure,neutron stars fusion). Establishing the nuclear matter equation of state requires a proper definition of thethermodynamic conditions (density, temperature, proton/neutron asymmetry) in which the system evolves.In this work, we address the issue of equilibration reached in heavy ion collisions, in terms of energy andisospin. To do this, we use the experimental database of the INDRA array built by the collaboration over thepast 25 years, focusing on central collisions in the Fermi energy domain, between 10 and 100 MeV/nucleon.In this document, we present how, with the help of dedicated simulations, it has been possible to link thestopping power of nuclear matter to the in-medium nucleon-nucleon cross-section. We also provide someanswers regarding isospin transport in central collisions using the isobaric ratios A = 3 based on the tritonsand helium-3 particles. These different results allow us to highlight the new experimental apparatus devel-loped by the INDRA and FAZIA collaborations : the FAZIA array. The latter is the result of a ten-yearperiod of research and development, resulting in an array embedded its digital electronic under vacuum, withincreased identification performance (measurement of the Z charge and A mass up to Z = 25) compared tothe previous generations arrays

Les collisions hadroniques de haute énergie sont considérés comme un outil précieux pour comprendre les mécanismes de production avec l’aide de la théorie de la chromodynamique quantique (QCD). À très haute température et/ou densité, la matière ordinaire subit une transition de phase, prédite par la QCD, et atteint une nouvelle phase de matière pour laquelle les quarks et les gluons sont confinés. Cette nouvelle phase de matière de la QCD est appelée le plasma de quarks et de gluons (PQG). En laboratoire, les collisions d’ions lourds ultra-relativistes sont utilisées pour atteindre les conditions de temperature et de densité pour recréer le PQG. Pour sonder et caractériser les propriétés du PQG, beaucoup d’observables ont été proposées. En particulier, la production de charmonia, constituée d’une paire de quark et d’anti-quark charmés, est une des sondes proposés car la paire ccbar est produite au stade initial de la collision et peut traverser et interagir avec le milieu formé chaud et dense. De plus, la production de charmonia implique des échelles d’énergie dure et molle et permet d’étudier à la fois des aspects de la QCD perturbative et non perturbative. Dans ce document, les productions inclusives de J/psi à rapidité vers l’avant en collisions pp et Pb-Pb mesurées à snn = 5.02 TeV avec l’expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) sont présentées. Les mesures sont effectuées dans le canal de désintégration du J/psi en dimuon avec le spectromètre à muon d’ALICE. L’échantillon de données de haute statistique pp ainsi que l’ensemble des données Pb-Pb du Run 2 du LHC sont analysés et ces données permettent d’obtenir des résultats plus précis que les données précédemment publiées. La section efficace de production de J/psi en collisions pp qui sert de référence aux mesures en collisions Pb-Pb est présentée en fonction de l’impulsion transverse (pT) et de la rapidité (y). Le facteur de modification nucléaire du J/psi, défini comme le rapport entre le taux de J/psi en collisions Pb-Pb et la section efficace pp, normalisée par la fonction de recoupement nucléaire, est exposé en fonction de pT. Ces mesures étendent le domaine en pt des précédentes mesures jusqu’à 20 GeV/c. La section efficace de production de J/psi mesurée en collisions pp est comparé aux différents calculs théoriques basés sur les modèles NRQCD (non-relativistic QCD) et CEM (colour evaporation model). En collisions Pb-Pb, une comparaison entre les mesures du factor de modification nucléaire du J/psi et les calculs théoriques basés sur des modèles de transport et statistique sont présentés<br>High-energy hadron-hadron collisions are considered as a useful tool which helps us to understand particle production mechanisms with the help of the Quantum Chromodynamics (QCD) theory. At extremely high temperature and/or high density, ordinary matter undergoes a phase transition, predicted by QCD, and reaches a new phase of matter in which quarks and gluons are deconfined. This new phase of QCD matter is called quark-gluon plasma (QGP). In laboratory, ultra-relativistic heavy-ion collisions are used to satisfy the temperature and density condition in order to recreate the QGP. To probe and characterize the QGP properties, many observables have been proposed. In particular, charmonium, made of a pair of charm and anticharm quarks, is one of the proposed probes because the ccbar are produced at the initial stage of the heavy-ion collision and can cross and interact with the hot and dense formed medium. Besides, charmonium production involves hard and soft energy scales and therefore provides an opportunity to study both perturbative and non-perturbative aspects of the QCD. In this manuscript, we report on inclusive J/psi production at forward rapidity in pp and Pb-Pb collisions measured at snn = 5.02 TeV in A Large Ion Collider Experiment (ALICE) at the LHC. The measurements are performed in the J/psi dimuon decay channel with the muon spectrometer. The high-statistic pp data sample and the full Pb-Pb data sample of the LHC Run 2 period are analyzed and those datasets permit to obtain more precise results than the earlier published results. The J/psi production cross section in pp collisions that serves as a reference for the measurements in Pb-Pb collisions is presented as a function of the transverse momentum (pT) and of the rapidity (y). The J/psi nuclear modification factor, defined as the ratio of the yield in Pb-Pb collisions to the cross section in pp collisions scaled by the nuclear overlap function, is shown as a function of pT. The measurements are extended in pT, with respect to previous results, up to 20 GeV/c. The J/psi production cross section measured in pp collisions is compared to different theoretical calculations based on non-relativistic QCD (NRQCD) model and on colour evaporation model (CEM). In Pb-Pb collisions, a comparison between the measured J/psi nuclear modification factor and the theoretical calculations based on transport and on statistical model is presented

Contexte : La chromodynamique quantique (CDQ), théorie de l’interaction forte, prédit un nouvel état de la matière, le plasma de quarks et de gluons (PQG) dont les degrés de liberté fondamentale, les quarks et les gluons, peuvent bouger quasi-librement. Les hautes températures et densités de particules, qui sont nécessaires, sont supposées être les conditions de l’univers dans ses premiers moments ou dans les étoiles à neutrons. Récemment elles ont été recrées par des collisions de noyaux d’ions lourdes à hautes énergies. Ces expériences étudient le PQG par la détection des particules de hautes énergies qui traversent le milieu, notamment, les quarks lourds. Les mécanismes de leur perte d’énergie dans le PQG ne sont pas compris complètement. Particulièrement, ils sont attribués aux processus soit de radiation induite par le milieu, soit de collisions de particules de type 2 vers 2, ou des combinaisons.Méthodes : Afin de trouver de nouvelles observables pour pouvoir distinguer les mécanismes de la perte d’énergie, on a implémenté un algorithme Monte-Carlo, qui simule la formation des cascades des particules à partir d’une particule initiale. Pour traiter le milieu, on a introduit des interactions PQG-jets, qui correspondent aux processus collisionnels et radiatifs. Les corrélations entre deux particules finales des cascades, dont une représente un quark trigger, ont été examinées comme moyen pour distinguer les modèles.Résultats : La dépendance de l’ouverture angulaire pour des corrélations entre deux particules en fonction des énergies des particules peut servir comme moyen pour séparer les mécanismes collisionnels et radiatifs de la perte d’énergie dans le milieu<br>Context: Quantum chromodynamics (QCD), the theory of the strong interactions, predicts a new state of matter, the quark-gluon plasma (QGP), where its fundamental degrees of freedom, the quarks and gluons, behave quasi-freely. The required high temperatures and/orparticle densities can be expected for the early stages of the universe and in neutron stars, but have lately become accessible by highly energetic collisions of heavy ion cores. Commonly, these experiments study the QGP by the detection of hard probes, i.e. highly energetic particles, most notably heavy quarks, that pass the medium. The mechanisms of their energy-loss in the QGP are not yet completely understood. In particular, they are attributed to processes of either additional, medium induced radiation or 2 to 2 particle scattering, or combinations thereof.Methods: In a theoretical, phenomenological approach to search for new observables that allow discriminating between these collisional and radiative energy-loss mechanisms a Monte-Carlo algorithm that simulates the formation of particle cascades from an initial particle was implemented. For the medium, different types of QGP-jet interactions, corresponding to collisional and/orradiative energy loss, were introduced. Correlations between pairs of final cascade particles, where one represents a heavy trigger quark, were investigated as a means to differentiate between these models.Findings: The dependence of angular opening for two particle correlations as a function of particle energy may provide a means to disentangle collisional and radiative mechanisms of in-medium energy loss

L’expérience ALICE au LHC étudie le plasma de quarks gluons (PQG), état de la matière où quarks et gluons existent à l’état déconfinés. Une des sondes utilisée pour explorer cet état est l’étude de plusieurs résonances (ρ, ω, ф, J/ψ et Ƴ) via leur canal de désintégration dimuonique, à l’aide d’un spectromètre à muons couvrant les pseudo-rapidités -4 &lt; η &lt; -2.5. La première partie de la thèse se focalise sur les mésons vecteurs de basses masses (ρ, ω et ф) . Elle concerne l’analyse des données récoltées en 2010 en collisions pp à √s = 7 TeV et Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV. Les mésons vecteurs de basses masses sont des outils intéressants pour sonder le PQG grâce à leurs faibles durées de vie et leur canal de désintégration dimuonique non affecté par les interactions dans l’état final. Les taux de production et fonctions spectrales de ces mésons sont modifiées par le milieu hadronique chaud et le PQG. En collisions pp, les distributions du ф, du (ρ+ω) en fonction de l’impulsion transverse ainsi que les sections efficaces et sections efficaces différentielles de production des différents mésons ont été extraites. L’analyse en collisions Pb-Pb ainsi que ses perspectives sont également présentées. La seconde partie de la thèse concerne le futur de l’expérience ALICE et les plans d’amélioration des détecteurs pour l’horizon 2017. Une étude de faisabilité pour l’ajout d’un trajectographe en pixels de Silicium (MFT) à l’avant de l’absorbeur hadronique dans l’acceptance du spectromètre à muons est présentée. Les performances et améliorations apportées par le MFT dans différents canaux de physique ont été étudiées en simulation<br>ALICE experiment at LHC studies the Quark Gluon Plasma (QGP), a particular state of matter where quarks and gluons are deconfined. A probe to explore this state is the study of several resonances (ρ, ω, ф, J/ψ and Ƴ) through their dimuon decay channel, with a muon spectrometer covering pseudo-rapidity -4 &lt; η &lt; -2.5. In the first part of this thesis, the focus is on light vector mesons (ρ, ω and ф) and their analysis in the 2010 data, in pp collisions at √s = 7 TeV and Pb-Pb collisions at √sNN = 2.76 TeV. Light vector mesons are powerful tools to probe the QGP due to their short lifetime and their dimuon decay channel. Indeed, leptons have negligible final state interactions. Production rates and spectral functions of those mesons are modified by the hot hadronic and QGP medium. In pp collisions, pT distributions, production cross sections and pT-differential cross sections of the different mesons have been extracted. The Pb-Pb analysis and its prospects are also presented. The second part of the thesis concerns ALICE upgrades plans of year 2017. A feasibility study for a Muon Forward Tracker (MFT) in Silicon pixels located upstream of the hadronic absorber, in the spectrometer acceptance, was performed. Performances and improvements brought by the MFT on several physics cases were in simulations

CBM, une des expériences majeures du nouvel accélérateur FAIR en cours de construction au GSI (Darmstadt), a pour objectif d'explorer le diagramme des phases de la matière nucléaire dans la région des hautes densités baryoniques nettes. Un de ses principaux thèmes de physique est l'étude de la production des particules à charme ouvert dans les collisions d'ions lourds. La mesure directe de ces particules nécessite l'utilisation d'un détecteur de vertex très précis. La présente thèse est une contribution à la conception et au développement de ce détecteur, appelé MVD. Une première partie de la thèse concerne l'évaluation, à l'aide de simulations réalistes, des flots de données à transmettre par les capteurs qui équiperont la première génération du MVD. Les résultats obtenus montrent que les performances attendues des capteurs permettront de mener à bien le programme de physique de CBM. Une deuxième partie porte sur les performances attendues pour la reconstruction des particules à charme ouvert, à travers leur désintégration hadronique, dans les collisions Au+Au. Des simulations détaillées ont permis de démontrer que la reconstruction du méson D+ → π+ π+ K-, par exemple, est faisable avec une efficacité de reconstruction de 2% et un rapport signal/bruit de 1.5. La statistique attendue en deux mois de prises de données a été évaluée à environ 6.9 x 104 mésons D. Dans la dernière partie, il a été montré que cette statistique permettrait d'effectuer des études détaillées du flot elliptique intégré des mésons D. La mesure du flot elliptique différentiel de ces particules requerrait, cependant, des statistiques plus élevées, et donc l'utilisation de capteurs plus performants.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes ont pour objectif principal l'étude des propriétés de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes et de température de densité d'énergie. Les calculs de la ChromoDynamique Quantique (QCD) prédisent dans ces conditions une nouvelle phase de la matière dans laquelle on assisterait au déconfinement des constituants des hadrons en un plasma de quarks et gluons (QGP). Les saveurs lourdes (charme et beauté) sont produites lors de processus durs aux premieres instants de la collision puis traversent le milieu produit durant la collision. Par conséquent, la mesure des quarkonia et des saveurs lourdes ouvertes devrait être particulièrement intéressante pour l'étude des propriétés du système créé aux premiers instants de la collision. On s'attend à ce que les saveurs lourdes ouvertes présentent des sensibilités à la densité d'énergie via les mécanismes de perte d'énergie des quarks lourds dans le milieu et que les quarkonia soient sensibles à la température initiale du système via leur dissociation par écrantage de couleur. La mesure du flot des saveurs lourdes devrait apporter des informations concernant le degré de thermalisation des quarks lourds dans le milieu nucléaire. De plus, l'observable viscosité/entropie pourrait être obtenue en combinant les mesures du facteur de modification nucléaire et de flot. En conséquence, l'étude de la production des quqrkonia et saveurs lourdes ouvertes est un domaine de recherche intensément étudié au niveau experimental et théorique. Les mesures effectuées au SPS et RHIC ont permis de mettre en évidence plusieurs caractéristiques du milieu produit mais ont aussi laissé plusieurs questions sans réponse. Avec une énergie par paire de nucléon de 15 fois supérieure à celle du RHIC, le LHC entré en fonctionnement fin 2009, a ouvert une nouvelle ère pour l'étude des propriétés du QGP. Un des plus importants aspects de ce domaine en énergie est l'abondante production de quarks lourds utilisés pour la première fois comme sonde de haute statistique du milieu. Le LHC délivra les premières collisions pp à √s = 0.9 TeV en octobre 2009 et a atteint l'énergie de √s = 7 TeV en mars 2010. Un run pp à √s = 2.76 TeV a eu lieu en mars 2011 pendant une durée limitée. Les runs Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV ont eu lieu fin 2010 et 2011. ALICE (A Large Ion Collider Experiment) est l'expérience dédiée à l'étude des collisions d'ions lourds au LHC. ALICE enregiste aussi des collisions pp afin de tester les calculs perturbatifs de QCD dans la région des faibles valeurs de x-Bjorken et de fournir la référence indispensable pour l'étude des collisions noyau-noyau et p-noyau. ALICE enregistrera aussi, début 2013, des collisions p-Pb/Pb-p afin d'étudier les effets nucléaires froids. Les quarkonia et saveurs lourdes ouvertes sont mesurés dans ALICE suivant leur mode de désintégration (di)-muonique, (di)-electronique et hadronique. Cette thèse concerne l'étude des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions pp et Pb-Pb avec les muons simples mesurés aux rapidités avant avec le spectromètre à muons d'ALICE. Le document est structuré comme suit. Le premier chapitre est une introduction à la physique des collisions d'ions lourds et du diagramme de phase de la matière nucléaire. Le deuxième chapitre présente les objectifs de l'étude des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions proton-proton, proton-noyau et noyau-noyau. Un intérêt particulier est porté au domaine en énergie du LHC. Le troisième chapitre est une description du détecteur ALICE et du spectromètre à muons. Le quatrième chapitre présente les systèmes "online" et "offline". Le cinquième chapitre est un résumé des performances du spectromètre à muons pour la mesure des saveurs lourdes ouvertes dans les collisions pp au moyen des muons simples et dimuons. Les chapitres 6 à 9 concernent l'analyse de données. (...)<br>Résumé indisponible