Measurements of Upsilon meson suppression in heavy ion collisions with the CMS experiment at the LHC

par Nicolas Filipovic

Thèse de doctorat en Physique hadronique

Sous la direction de Raphaël Granier de Cassagnac.

Soutenue le 12-11-2015

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Université Paris-Sud (1970-2019) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire Leprince-Ringuet (Palaiseau, Essonne) (laboratoire) .

Le président du jury était Marie-Hélène Schune.

Le jury était composé de Raphaël Granier de Cassagnac, Marie-Hélène Schune, Ginés Martinez, Jana Bielcikova, Ágnes Mócsy, Yen-Jie Lee, Manuel Calderón de la Barca Sanchez.

Les rapporteurs étaient Ginés Martinez, Jana Bielcikova.

mots clés

• Quarkonium
• Suppression
• Plasma quark-Gluon
• Cms
• Lhc
• Grand collisionneur de hadrons
• Plasma quark-gluon
• Mésons
• Muons

Titre traduit

Mesures de la suppression des mésons Upsilon en collisions d’ions lourds dans l’expérience CMS au LHC

Résumé

La suppression des Upsilons en collisions d'ions lourdsultrarelativistes est une mesure clé pour la compréhension de l'état dela matière chaude et déconfinée appelé plasma de quarks et de gluons(PQG). Les sections efficaces des états Upsilon Y(nS) sont mesurées encollisions proton-proton et plomb-plomb à une énergie dans le centrede masse de 2.76 TeV par paires de nucléons. Les états individuelssont mesurés via leur canal de désintégration en deux muons, enutilisant le détecteur CMS au CERN. Les sections efficaces mesuréesen pp et PbPb sont comparées grâce au facteur de modification nucléaire, R_{AA}. Cette observable estcalculée pour l'Upsilon(1S) et l'Upsilon(2S) dans plusieursintervalles d'impulsion transverse, de rapidité et de centralité de lacollision. Une limite supérieure sur la production de l'Upsilon(3S)est estimée. Ces mesures montrent une suppression claire etordonnée, en accord avec l'hypothèse de fonte séquentielle desquarkonia dans le PQG. La suppression mesurée pour l'Upsilon(1S) etl'Upsilon(2S) apparaît indépendante de l'impulsion transverse et de larapidité. Des comparaisons avec les modèles phénoménologiquesdisponibles sont présentées, ne reproduisant pas totalement toutes lesobservations. Cette mesure apporte ainsi de nouvelles contraintessur la modélisation du déconfinement des quarks lourds.

mots clés

• Quarkonium
• Suppression
• Quark-Gluon plasma
• Cms
• Lhc

Résumé

Measurements of Upsilon suppression in ultrarelativistic heavy ioncollisions are key to understanding the hot and deconfined phase ofmatter called Quark-Gluon Plasma (QGP). The cross section of Upsilonstates Y(nS) are measured in proton-proton collisions and in lead-leadcollisions at the centre-of-mass energy of 2.76 TeV per nucleonpair. Individual states are measured through their dimuon decaychannel using the Compact Muon Solenoid (CMS) at CERN. The crosssections measured in pp and PbPb are compared thanks to the nuclearmodification factor, R_{AA}. This observable is computed forUpsilon(1S) and Upsilon(2S) in several bins of transverse momentum,rapidity and centrality of the collision. An upper limit on theproduction of Upsilon(3S) in PbPb is estimated. These measurementsexhibit a clear and ordered suppression pattern, consistent with thehypothesis of sequential melting of quarkonia in the QGP. The measuredUpsilon(1S) and Upsilon(2S) suppressions are observed to beindependent of transverse momentum and rapidity. Comparisons withavailable phenomenological models are presented, however fail toreproduce the full set of observations. This novel measurement thusprovides new constraints on the modeling of heavy quark deconfinement.