Etude des particules

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Etude des particules étranges dans les
collisions proton-protonde lexpérience ALICE
au LHC

• Journée des doctorants
• le 06/03/2006
• - Strasbourg -
• Hélène Ricaud

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Casser des noyaux

• Pourquoi ?
• Tenter de dissoudre le vide et de
  remonter le temps
• Comment ?
• Chauffer et comprimer la matière
• Et observer quoi ?
• Un phénomène qui
• dure dans une seconde autant quun éclair dans
  les 15 milliards dannées écoulées depuis la
  naissance de lunivers
• crée une température égale à 100.000 fois celle
  régnant au cœur du soleil
• compacte la matière de façon telle que la
  pyramide de Kheops tiendrait dans une tête
  dépingle.
• le plasma de quarks et de gluons (QGP)

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dans des collisionneurs dions lourds
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Le LHC Large Hadron Collider
Quatre expériences Atlas, CMS, Alice, LHCB
27 km de diamètre 40 m sous terre Cryogénie a 1,9
K Accélération des ions lourds à 5,5 TeV
Accélération des protons à 5,5 TeV et 14 TeV
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ALICE au pays des collisionneurs

• Une collaboration de 1000 physiciens ingénieurs
  regroupant 90 instituts de 30 pays différents
• 15 années détudes et de construction pour 10
  années dexploitation et un coût de 100 millions
  deuros
• Un détecteur de 16 mètres de haut, 26 mètres de
  long pour un poids de 1000 tonnes

TPC
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Sonder le QGP, lintérêt des collisions
proton-proton

• Première signature proposée en 1982 par
  J.Rafelski B.Muller
• augmentation de la production de particules
  étranges lors de la formation du plasma de
  quarks et de gluons
• Dès lors, il devient nécessaire de disposer une
  référence dans laquelle le QGP na aucune chance
  de se former
• les collisions proton-proton

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En attendant les premières données du LHC

• Recenser les données proton-proton des
  expériences précédentes aux énergies plus basses
  pour effectuer des extrapolations jusquà 14 TeV
• Etudier les résultats fournis par un générateur
  dévénements Pythia
• Comparer les extrapolations et les résultats de
  Pythia pour améliorer la configuration du
  générateur

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Evolution de limpulsion transverse moyenne
Et que faire avec les lambda ?!
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Evolution de ltpTgt en fonction de la multiplicité
Evolution surprenante au premier
abord Comportement expliqué par le modèle semi
empirique de Wang et Hwa augmentation de ltpT gt
due à la contribution grandissante des ainsi
nommés mini jets .

• Production de mini jet
• dans des collisions semi dures
• lors de diffusions partoniques qui peuvent être
  traitées de façon perturbative mais qui ne
  produisent pas de jet de particules de pT gt 5
  GeV.

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Evolution du yield dN/dy

• Quest-ce quun yield ?
• Il sagit du taux de production dune particule
  donnée par événement et par unité de rapidité.
• Quest-ce que la rapidité ?
• Pour mesurer y, il faut mesurer lénergie E et
  limpulsion transverse longitudinale pz de la
  particule. Plus on sécarte de la position
  transversale, donc plus on se rapproche de laxe
  z du faisceau, plus on observe des domaines dits
  de grande rapidité

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Le domaine des pT intermédiaires étrange
anomalie

• Revenons aux collisions noyau-noyau

Surproduction des baryons par rapport aux mésons
dans la région des pT intermédiaires (entre 1,5
GeV et 4 GeV). Phénomène dautant plus prononce
pour des centralités élevées.
Lune des découvertes les plus intrigantes du RHIC
Et dans les collisions proton-proton ? Pas
dexcès de baryons
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Des modèles pour expliquer la production de
particules
La région des pT intermédiaires, une physique
délicate
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Le modèle de coalescence
ou comment expliquer la surproduction de baryon
Lors de la formation des hadrons, deux processus
entrent en compétition - la fragmentation dans
le vide dun quark de haut pT - la recombinaison
dans le milieu de quarks de bas pT
Exemple création dun p et dun proton d
impulsion pT 6 GeV/c - par fragmentation
Dq?h(z) à partir dun quark de 10 GeV/c - par
recombinaison p à partir de deux quarks de 3
GeV/c p à partir de trois quarks de 2 GeV/c
Coalescence (baryon)
fragmentation
La distribution des quarks en fonction de pT
décroît de façon exponentielle ? la
production de baryon est favorisée

Coalescence (méson)
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Le modèle de coalescence
ou comment expliquer la surproduction de
baryondes collisions dions lourds

• Suppose lexistence dun milieu thermalisé
  suffisamment dense dans lespace des phases le
  plasma de quark et de gluon (?)
• Impossibilité dans les collisions proton-proton
  de créer un tel milieu ? absence de
  coalescence
• ? pas dexcès de baryon

Succès des modèles de recombinaison/coalescence E
mergence des quarks constituants comme degré
de liberté
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Le modèle de coalescence
Quelques limites Des interrogations sur sa
rigueur scientifique

• Conservation de lénergie non imposée
• Absence des gluons pour expliquer la formation
  des hadrons
• Comment relier les quarks constituants du modèle
  de coalescence et les partons sans masse dun
  plasma où la symétrie chirale est totalement
  restaurée ?

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Ce quen dise les autres expériences
Le rapport baryon/méson nest pas constant dans
la région des pT intermédiaire, à la différence
de STAR et pourrait même être supérieur a 1.
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Ce quen dise les autres expériences
Le rapport est moins élevée mais la forme de la
courbe dans la région des pT intermédiaire reste
surprenante.
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Ce quen dise les autres expériences
Le rapport reste en dessous de 1 dans la région
des pT intermédiaires et semble plus ou moins
atteindre un plateau.
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Et Pythia ?
Simulation Pythia pour Alice pp_at_14TeV (analyse
de L.Gaudichet, PPR)
Pythia ne reproduit correctement ni lamplitude
ni la forme du rapport ?/K0S,
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Conclusion

• Le rapport baryon/méson dans les collisions
  proton-proton est-il une bonne référence pour la
  mise en évidence du plasma de quark et de gluon
  dans les collisions noyau/noyau ?
• Pythia dans sa configuration actuelle ne
  reproduit pas correctement les valeurs déduites
  des extrapolations a partir des données des
  expériences antérieures.
• Encore du chemin à parcourir
• avant les premières prises de données en juin
  2007