Mesure de la section efficace inclusive de production de jets dans l'expérience D0 à une énergie dans le centre de masse de 1. 96 TeV

par Mikko Voutilainen

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Christophe Royon et de Rainer Salomaa.

Soutenue en 2008

à Paris 11 en cotutelle avec Helsinki University of Technology , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Echelle d'énergie des jets
• Collisions (physique nucléaire)
• Jets
• Chromodynamique quantique
• Gluons
• Sections efficaces (physique nucléaire)

Résumé

Les données étudiées dans cette thése, correspondant à des collisions proton-antiproton à haute énergie, ont été collectées pendant 2004-2005 avec le détecteur D0 auprès de l'accélérateur Tevatron à Fermilab (Chicago, Etats-Unis) et correspondent à une luminosité intégrée de 0. 7 fb-1. Les collisions entre des hadrons à haute énergie produisent habituellement des ensembles de particules collimatées appelés jets. La section efficace inclusive de production de jets dans des collisions proton-antiproton est mesurée en fonction de leur impulsion transverse dans six intervalles en rapidité y jusqu'à |y|=2. 4 avec une énergie dans le centre de masse de 1. 96 TeV. Les corrections des données incluent la calibration en énergie des jets, les efficacités des sélections et des déclenchements, et la résolution en impulsion transverse des jets. Les corrections sont déterminées à partir des données et comparées aux résultats d'une simulation Monte Carlo du détecteur. De nouvelles méthodes ont été développées pour la calibration en énergie des jets. Les corrélations entre les incertitudes sont également étudiées en detail. La production de jets dans des collisions hadroniques est décrite par la Chromodynamique Quantique (QCD). Cette mesure peut être utilisée pour contraindre les densités de partons (PDFs) dans le proton, en particulier la densité de gluon à grand x, la fraction d'impulsion du proton transportée par le quark qui interagit. Les données sont comparées aux prévisions de la théorie QCD perturbative à l'ordre suivant les logarithmes dominants, et un bon accord entre les données et la théorie est observée.

Titre traduit

Measurement of the inclusive jet cross section in proton-antiproton collisions at the center-of-mass energy of 1. 96 TeV

Résumé

This thesis studies the high-energy collisions of protons and antiprotons. The data used in the measurement were collected during 2004-2005 with the D0 detector at the Tevatron Collider of the Fermi National Accelerator Laboratory and correspond to 0. 7 fb-1 of integrated luminosity. High energy hadron collisions usually produce collimated sprays of particles called jets. The inclusive jet cross section in proton-antiproton collisions is measured as a function of jet transverse momentum in six bins of jet rapidity y up to |y|=2. 4 at the center-of-mass energy of 1. 96 TeV. The data are corrected for jet energy calibration, cut and trigger efficiencies and finite jet transverse momentum resolution. The corrections are determined from data and the methods are tested with Monte Carlo simulation. New methods are developed for the jet energy calibration. The uncertainty correlations are studied and provided as a set of uncertainty sources. The production of particle jets in hadron collisions is described by the theory of quantum chromodynamics (QCD). This measurement can be used to constrain the parton distribution function (PDFs) of the proton, in particular the gluon PDF at high proton momentum fraction x. The data are compared to the theory predictions with perturbative QCD in the next-to-leading order precision and a good agreement between data and theory is observed.