J/ψ production in proton-proton collisions at √s = 2.76 and 7 TeV in the ALICE Forward Muon Spectrometer at LHC

par Claudio Geuna

Thèse de doctorat en Physique nucléaire

Sous la direction de Alberto Baldisseri.

Le président du jury était Achille Stocchi.

Le jury était composé de Achille Stocchi, Ginés Martinez, Frédéric Fleuret, Jean-Philippe Lansberg, Hervé Borel.

Les rapporteurs étaient Ginés Martinez, Frédéric Fleuret.

  • Titre traduit

    Production du J/ψ dans les collisions proton-proton à 2.76 et 7 TeV dans l’expérience ALICE auprès du LHC


  • Résumé

    Le plasma de quarks et de gluons (QGP) est un état de la matière nucléaire apparaissant à hautedensité d’énergie. En laboratoire, il est possible de reproduire de telles conditions grâce aux collisionsd’ions lourds aux énergies ultra-relativistes. ALICE (A Large Ion Collider Experiment) estl’expérience du LHC dédiée à la mise en évidence du QGP.Différentes signatures ont été proposées et étudiées expérimentalement comme manifestations duQGP. Parmi celles-ci, le méson J/ψ joue un rôle central. Il fait partie de la famille des quarkonia,états mésoniques (Q¯Q) formées d’un quark lourd c ou b et de son anti-quark, liés par un potentield’interaction forte. En 1986, Matsui et Satz proposèrent la suppression des charmonia (états liés cc)et notamment du J/ψ comme signature de la formation du plasma de quarks et de gluons.ALICE peut détecter le J/ψ à grande rapidité (2.5 < y < 4) via le canal de désintégration en deuxmuons. Cette thèse porte sur la mesure de la production du J/ψ, via le canal muonique, dans lescollisions pp à une énergie dans le centre de masse de 2.76 et 7 TeV. Elle a exploité les donnéesacquises en 2010 et 2011 auprès du collisionneur LHC.Tenter d’appréhender le mécanisme de production du J/ψ (et plus généralement du quarkonium)dans les collisions pp est un préalable nécessaire avant d’aborder le degré de complexité suivantque constitue le cas des collisions noyau-noyau. Il est également un test important pour la QuantumChromo Dynamics (QCD), la théorie de l’interaction forte, aux énergies très élevées du LHC.


  • Résumé

    Quarkonia are meson states whose constituents are a charm or bottom quark and its correspondingantiquark (Q¯Q). The study of the production of such bound states in high-energy hadron collisionsrepresents an important test for the Quantum Chromo-Dynamics. Despite the fact that the quarkoniumsaga has already a 40-year history, the quarkonium production mechanism is still an open issue.Therefore, measurements at the new CERN Large Hadron Collider (LHC) energy regimes are extremelyinteresting.In this thesis, the study of inclusive J/ψ production in proton-proton (pp) collisions at √s = 2.76and 7 TeV, obtained with the ALICE experiment, is presented. J/ψ mesons are measured at forwardrapidity (2.5 < y < 4), down to zero pT, via their decay into muon pairs (μ+μ−).Quarkonium resonances also play an important role in probing the properties of the stronglyinteracting hadronic matter created, at high energy densities, in heavy-ion collisions. Under suchextreme conditions, the created system, according to QCD, undergoes a phase transition from ordinaryhadronic matter to a new state of deconfined quarks and gluons, called Quark Gluon Plasma(QGP). The ALICE experiment at CERN LHC has been specifically designed to study this state ofmatter. Quarkonia, among other probes, represents one of the most promising tools to prove the QGPformation. In order to correctly interpret the measurements of quarkonium production in heavy-ioncollisions, a solid baseline is provided by the analogous results obtained in pp collisions.Hence, the work discussed in this thesis, concerning the inclusive J/ψ production in pp collisions,also provides the necessary reference for the corresponding measurements performed in Pb-Pb collisionswhich were collected, by the ALICE experiment, at the very same center-of-mass energy pernucleon pair (√sNN = 2.76 TeV).


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