Etude de l'anisotropie azimutale dans la production de quarkonia dans les collisions d'ions lourds au LHC avec ALICE

par Robin Caron

Projet de thèse en Physique hadronique

Sous la direction de Javier Castillo et de Stefano Matthias Panebianco.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec DSM-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (1970-2019) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Quelques micro-secondes après le Big Bang l'Univers se trouvait dans un état de plasma de quarks et de gluons (QGP). Cet état, prédît par la Chromodynamique Quantique, la théorie de l'interaction forte, est atteint pour des températures ou des densités d'énergie très élevées, telles que celles atteintes dans les collisions d'ions lourds ultra-relativistes au LHC au CERN. L'étude de la production des quarkonia, états liés de quarks lourds (charme c-cbar ou beauté b-bbar), est particulièrement pertinente pour comprendre les propriétés du QGP. Les quarkonia sont des particules rares et lourdes produites aux premiers instants de la collision, avant la formation du QGP. Ceci en fait des sondes idéales du QGP. En le traversant, la paire quark/anti-quark serait écrantée par les nombreux quarks et gluons du QGP (suppression des quarkonia). Différents états quarkonia ayant différentes énergies de liaison, la probabilité de dissociation de chaque état sera différente (suppression séquentielle). Au LHC, Upsilon (b-bbar) et J/psi (c-cbar) sont complémentaires, les premiers sont plus aptes pour étudier la suppression séquentielle, alors que les seconds permettent d'étudier la régénération (création de quarkonia par recombinaison de quarks du QGP). Nous proposons d'étudier la production des quarkonia dans les collisions Pb-Pb aux énergies du LHC. Les quarkonia seront mesurés via leur décroissance en deux muons, lesquels seront reconstruits avec le spectromètre à muons d'ALICE. Depuis 2015, le LHC fonctionne à une énergie presque double que celle du run 1. En 2015, ALICE a accumulé trois fois plus de données Pb-Pb que lors du run 1 et fin 2018 une nouvelle prise de données Pb-Pb devrait encore doubler la statistique disponible. Ceci permettra à l'étudiant de réaliser une analyse détaillée de la production des différents états quarkonia. L'étudiant participera aux prises de données d'ALICE au LHC ainsi qu'à l'alignement du spectromètre. Ce travail lui permettra de se familiariser avec les outils de travail de la grille de calcul et les codes de simulation, reconstruction et analyse de la collaboration ALICE.

  • Titre traduit

    Study of azimuthal anisotropy in quarkonium production in heavy ion collisions with ALICE at the LHC.


  • Résumé

    A few micro-seconds after the Big Bang, the Universe was in a quark gluon plasma (QGP) state. Such state is predicted by Quantum Chromodynamics, which is the theory of strong interactions, and should be reached at very high temperature or energy density. Such conditions are reproduced in ultra-relativistic heavy ion collisions at the LHC at CERN. Among the various QGP observables, the study of hadrons with heavy-flavour quarks (charm c or beauty b) and quarkonia (c-cbar or b- bbar bound states) is particularly important to understand the properties of the QGP. Quarkonia are rare and heavy particles that are produced in the initial stages of the collision, even before the QGP is formed and are therefore ideal probes of the QGP. As they traverse the QGP, the quark/anti-quarks pair will get screened by the many free quarks and gluons of the QGP. Quarkonia will then be suppressed by a colour screening mechanism in the QGP. Since the various quarkonium states have different binding energies, each state will have a different probability of being dissociated. This results in a sequential suppression pattern of the quarkonium states. Additionally, if the initial number of produced quark/anti-quark pairs is large and if heavy quarks do thermalise in the QGP, then new quarkonia could be produced in the QGP by recombination of heavy quarks. This mechanism is known as regeneration. At the LHC, Upsilon (b-bbar) and J/psi (c-cbar) are complementary. The former are thought to be more suited than to address the sequential suppression, while the latter should allow studying possible regeneration mechanisms. We propose to study the production of quarkonia in Pb-Pb collisions at the highest LHC energies. Quarkonia will be measured via their dimuon decay channel with the muons being reconstructed in the ALICE muon spectrometer. Since 2015 the LHC is running at almost a factor of two higher energy than during run 1. In 2015 ALICE accumulated three times more Pb-Pb collisions than during run 1 and at the end of 2018 a new Pb-Pb data taking period will at least double the available data set. This data will allow the student to carry a detailed analysis of the production of the various quarkonium states. This will allow the student to become familiar with the grid computing tools and the simulation, reconstruction and data analysis software of the ALICE Collaboration.