Evolution des jets dans un plasma quarks-gluons dense

Jet evolution in a dense QCD medium

• Auteur / Autrice : Paul Caucal
• Direction : Edmond Iancu, Gregory Soyez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 04/09/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique théorique (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1982-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Samuel Wallon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Konrad Tywoniuk, Carlos Salgado Lopez, Leticia Cunqueiro, Matteo Cacciari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Konrad Tywoniuk, Carlos Salgado Lopez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grand collisionneur de hadrons

Jets (physique nucléaire)

Plasma quark-gluon

Chromodynamique quantique

Mots clés libres

Chromodynamique quantique

Plasma quarks-gluons

Jet

Quantum chromodynamics

Quark-Gluon plasma

Jet quenching

Résumé

Afin de sonder les propriétés du plasma quarks-gluons créé dans les collisions d’ions lourds, on mesure des observables associées à la propagation de jets en son sein. Un jet est une gerbe collimatée de hadrons de haute énergie générée par des émissions successives de partons à partir d’un quark ou d’un gluon virtuel produit par la collision. Quand de telles gerbes se propagent dans le milieu dense créé par la collision des noyaux, leurs interactions avec ce milieu entraînent une modification dans leurs propriétés, phénomène appelé "réduction des jets". Dans cette thèse, nous développons une nouvelle théorie permettant de comprendre la réduction des jets. Nous calculons pour la première fois les effets du milieu dense sur les émissions de type vide dans les jets, c’est à dire les émissions déclenchées par la virtualité initiale du parton source. Une nouvelle image physique pour l’évolution des jets est présentée, dans laquelle les émissions de type vide sont factorisées en temps par rapport à celles induites par le milieu. Cette image est markovienne, donc adaptée pour une implémentation Monte-Carlo des cascades de partons que nous développons dans le programme JetMed. Nous nous intéressons ensuite aux prédictions de notre théorie sur des observables de jets, et en particulier le facteur de modification nucléaire des jets RAA, la distribution Soft Drop zg et la fonction de fragmentation. Ces prédictions se révèlent être en bon accord avec les mesures du LHC.

To probe the properties of the quark-gluon plasma created in heavy-ion collisions, a very useful class of observables refers to the propagation of energetic jets. A jet is a collimated spray of particles generated via successive parton branchings, starting with a virtual quark or gluon produced by the collision. When such a jet is produced in the dense environment of a nucleus-nucleus collision, its interactions with the surrounding medium lead to a modification of its properties, phenomenon known as jet quenching. In this thesis, we develop a new theory to describe jet quenching. We compute for the first time the effects of the medium on multiple vacuum-like emissions, that is emissions triggered by the virtuality of the initial parton. We present a new physical picture for jet evolution, with notably a factorisation in time between vacuum-like emissions and medium-induced emissions. This picture is Markovian, hence well suited for a Monte Carlo implementation that we develop in the parton shower JetMed. We then investigate the phenomenological consequences of our new picture on jet observables and especially the jet nuclear modification factor RAA, the Soft Drop zg distribution and the jet fragmentation function. Our Monte Carlo results prove to be in good agreement with the LHC measurements.