Mesure de la production de double charme avec ALICE auprès du LHC

par Theraa Tork

Projet de thèse en Physique hadronique

Sous la direction de Zaida Conesa del valle et de Christophe Suire.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat , en partenariat avec Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie (laboratoire) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-10-2020 .


  • Résumé

    L'expérience ALICE au LHC est dédiée à l'étude du plasma de quarks et gluons (QGP), un état de la matière pour lequel les quarks et les gluons ne sont plus confinés à l'intérieur des nucléons. La chromodynamique quantique prédit une transition de phase entre la matière nucléaire ordinaire et le QGP à une densité d'énergie d'environ 1-2 GeV/fm3 et une température de 200 MeV. Les collisions d'ions lourds accélérés à des vitesses ultra-relativistes permettent de recréer et d'étudier le QGP en laboratoire : le milieu nucléaire ainsi créé se comporte comme un liquide quasi-parfait de partons fortement couplés. Parmi les observables sondant les propriétés du QGP, le groupe ALICE d'Orsay s'intéresse à la production de sondes dures produites dans les premiers instants de la collision et qui peuvent sonder toute l'évolution du milieu. Cette proposition de thèse porte sur des mesures de pQCD, qui constituent la référence pour interpréter les mesures en collisions Pb-Pb, et manquent de contraintes expérimentales à ce jour. En particulier, le sujet proposé porte sur l'étude de la contribution des interactions multiples entre partons dans la production de double charme: charme ouvert, mésons D (formés d'un quark c et d'un quark léger), et/où de charme fermé, J/Ψ (état lié c-cbar). Ceci est possible en étudiant la production des particules et leurs corrélations et, en particulier, leur corrélation angulaire qui est une caractéristique distinctive. La production de D0-D0 (à rapidité centrale), J/Ψ-J/Ψ (à grande rapidité) ainsi que celle de D0-J/Ψ (avec un grand gap en rapidité) en collisions pp à √s = 14 TeV sera étudiée. Les corrélations pour les particules et anti-particules seront considérés. Au LHC, cette analyse avec un grand gap angulaire est seulement possible avec ALICE et offre une mesure unique, à fort potentiel. Les données du run-III, où un grand lot de données avec l'information de tous les sous-détecteurs sera collecté, permettra ces analyses. Une comparaison systématique avec les modèles apportera des contraintes sur l'influence du processus de fusion des gluons dans la production de double charme, et de la contribution des interactions doubles/multiples entre partons. Une étude exploratrice de la production de double charme auprès des collisions Pb-Pb à √sNN = 5.5 TeV sera aussi faite. La production des hadrons charmés isolés étant influencée par la formation du QGP lors des collisions Pb-Pb sous la forme d'une modification de leur impulsion transverse (perte d'énergie) et/où une variation de la probabilité de former des états liées de quarks lourds (écrantage où régénération) ; la production de double charme en collisions Pb-Pb apportera des nouvelles (et complémentaires) informations pour caractériser le QGP. Le(a) candidat(e) présentera ses résultats lors de réunions de collaboration, workshop et conférences internationales. Il effectuera de fréquents voyages au CERN (Suisse). Un excellent niveau d'anglais et de programmation sont indispensables. Il travaillera au sein du groupe ALICE de l'IPNO, dont l'expertise dans les analyses la production de quarks charmés et bosons Z est reconnue. Notre groupe a joué et joue un rôle moteur dans de nombreuses publications (http://ipnwww.in2p3.fr/Publications,415). Une participation dans la prise des données de l'expérience au CERN, ainsi qu'aux taches d'intérêt générale de la Collaboration seront requises.

  • Titre traduit

    Double charm production measurements with ALICE at the LHC


  • Résumé

    The ALICE experiment at the LHC is dedicated to the study of the Quark-Gluon Plasma (QGP), a state of matter in which quarks and gluons, the fundamental blocks of nuclear matter are deconfined. Quantum Chromodynamics predicts a phase transition between ordinary nuclear matter and the QGP for an energy density of about 1-2 GeV/fm3 and a temperature of about 200 MeV. The Universe may have gone through a QGP state a few microseconds after its formation. Ultra-relativistic heavy-ion collisions can create in the laboratory the extreme temperature and energy density conditions necessary to form the QGP. The created medium behaves as a quasi-perfect liquid of strongly coupled partons. Among the observables that probe the formation of the QGP, our group is particularly interested in the production of hard probes, occurring in the early stages of the collision that probe the whole medium evolution. This PhD project focuses on measurements of the pQCD baseline which constitutes the reference to interpret the measurements in Pb-Pb collisions, and is lacking of experimental constraints. In particular, this project is centred on the study of the contribution of multiple parton interactions on the production of double charm hadrons: open charm, D mesons (formed by a c and light quark), and/or hidden charm, J/Ψ mesons (c-cbar bound state). This becomes possible by measuring their production rates as well as their angular correlation, which is a distinctive characteristic. The production of D0-D0 (at central rapidity), J/Ψ-J/Ψ (at large rapidity) as well as that of D0-J/Ψ (with a large rapidity gap) in pp collisions at √s = 14 TeV will be studied. The correlations for particles and antiparticles will be considered. At the LHC, this analysis with a large angular rapidity gap represents a unique observable that is only accessible with the ALICE experiment exploiting run-III data, in which a larger data sample with information from all sub-detectors will be accumulated. Results will be compared with model calculations, bringing information on the influence from gluon-gluon fusion to charm production and the contribution from double/multiple parton interactions. An exploratory analysis of double charm production in Pb-Pb collisions at √sNN = 5.5 TeV will also be carried out. The production of single charm hadrons being affected by the formation of the QGP in the form of a modification of their transverse momentum spectra (energy loss) and/or a variation of the heavy-quark bounding rate probability (melting or regeneration of bound states); the production of double charm in Pb-Pb data would bring further (and complementary) constrains to characterise the QGP. The candidate will present his/her results at collaboration meetings, workshops and international conferences. Frequent travels to CERN (Switzerland) are foreseen. Excellent level of English and C++ programming are mandatory. The successful candidate will work in the ALICE group at the IPN Orsay, group playing a leading role in J/Ψ, charmed hadrons and Z boson production analyses. The group has played a major role on numerous publications (http://ipnwww.in2p3.fr/Publications,415). Participation in running the experiment at CERN during data taking periods and contribution to service tasks for the Collaboration are also expected.