Mesure de la production des photons isolés dans les collisions p-p à √s=7 Tev avec le détecteur ALICE

par Alexis Mas

Thèse de doctorat en Constituants élémentaires et physique théorique

Sous la direction de Hugues Delagrange.

Soutenue le 13-12-2013

à Nantes, Ecole des Mines , dans le cadre de Matière, molécules, matériaux en Pays de la Loire , en partenariat avec Ecole nationale supérieure des Mines de Nantes (laboratoire) et de Laboratoire SUBATECH Nantes / SUBATECH (laboratoire) .

Le président du jury était Bruno Espagnon.

Le jury était composé de Lionel Luquin, Patrick Aurenche, Marie Germain.

Les rapporteurs étaient Suzanne Gascon-Shotkin, Yuri Kharlov.

mots clés

• Collisions proton-proton
• Expérience ALICE
• LHC
• Calorimètre électromagnétique
• Photons isolés
• QCD
• Photons
• Détecteurs de photons
• Calorimètres électromagnétiques

Résumé

La production de photons de grande impulsion transverse lors des collisions proton-proton (p-p), est décrite par la chromodynamique quantique perturbative (pQCD). Parmi ces photons, ceux issus directement d’un processus partonique énergétique (appelés photons directs) sont particulièrement intéressants car leur mesure permet de tester précisément les prédictions de la pQCD et offre la possibilité de mieux contraindre les fonctions de structure du proton. Ce travail de thèse a pour objectif l’étude et la mesure des photons directs produits dans les collisions p-p à 7 TeV avec le détecteur ALICE. Le calorimètre électromagnétique d’ALICE (EMCal), est utilisé pour réaliser cette mesure qui s’appuie notamment sur l’utilisation d’une procédure d’isolement permettant de réduire le bruit de fond provenant des autres modes de production (fragmentation, décroissance). Les aspects relatifs à la qualité des données dans EMCal, à l’identification des photons, mais aussi ceux liés à la correction du spectre ou encore à sa normalisation sont mis en avant. Finalement, la première section efficace de photons isolés mesurée dans les collisions p-p à 7 TeV avec le détecteur ALICE est présentée et comparée avec les prédictions théoriques avant d’être mise en regard avec les résultats issus des autres grandes expériences du LHC.

mots clés

• Proton-proton collisions
• ALICE experiment
• LHC
• Electromagnetic calorimeter
• Isolated photons
• QCD

Titre traduit

Isolated photon production measurement in p-p collisions at √s= 7 TeV with the ALICE detector

Résumé

The high transverse momentum photon production inproton-proton collisions (p-p) is described by perturbativequantum chromodynamics (pQCD). Among thesephotons, those produced directly by an energetic partonicinteraction (called direct photons) are of great interestsince their measurement allows to test pQCDpredictions and it allows also the constraint of protonstructure functions. The work of this thesis aims atstudying and measuring direct photons produced in p-pcollisions at 7 TeV with the ALICE detector. The ALICEelectromagnetic calorimeter (EMCal) is used to achievethis measurement which is based on an isolation procedurethat allows to reduce background coming fromother photon production modes (fragmentation, decay).Multiple aspects like EMCal data quality, photon identificationas well as spectrum correction and its normalizationare highlighted. Finally, the first isolated promptphoton cross-section measured with ALICE detector ispresented, compared to theoretical predictions and tothe last results from other LHC experiments.