Etude des corrélations azimutales J/ψ-hadron dans les collisions pp à 13 TeV avec ALICE et commissioning du spectromètre à muons

Study of J/ψ-hadron azimuthal correlations in pp collisions at 13 TeV with ALICE and commissioning of the muon spectrometer

• Auteur / Autrice : Sébastien Perrin
• Direction : Andrea Ferrero, Javier Castillo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique hadronique
• Date : Soutenance le 21/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de physique nucléaire (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Ollitrault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anton Andronic, Elena Ferreiro, Cvetan Cheskov, Pasquale Di Nezza
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anton Andronic, Elena Ferreiro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasma quark-gluon

Chromodynamique quantique

Grand collisionneur de hadrons

Quarks lourds

Mots clés libres

Quarkonium

Quarks lourds

ALICE

QCD

LHC

QGP

Quarkonium

Heavy quarks

ALICE

QCD

LHC

QGP

Résumé

Le plasma de quarks et de gluons (QGP) est un état de la matière déconfiné où les quarks et les gluons évoluent librement. Il peut être produit lors de collisions d'ions lourds au LHC. L'étude du QGP grâce aux détecteurs d'ALICE passe en partie par l'étude des quarkonia, états liés d'un quark lourd et de son antiquark comme le J/ψ (cꞇ) par exemple. Les quarkonia sont des sondes privilégiées puisqu'ils se forment aux premiers instants de la collision et sont influencés par le milieu coloré. Une signature du QGP, le flot elliptique, témoigne des effets collectifs entre les particules et a été observée pour les particules légères dans les collisions Pb---Pb et, étonnamment dans les collisions p---Pb et pp, quand bien même aucune formation de plasma n'y était attendue. En ce qui concerne leJ/ψ, un flot positif a été mesuré en Pb---Pb et p---Pb bien qu'aucune explication robuste n'ait été apportée. Par conséquent, cette thèse présente la mesure du flot elliptique du J/ψ par corrélation de paires J/ψ-hadron dans les collisions pp à √8=13 TeV mesurées pendant le Run 2 du LHC (de 2016 à 2018). Aucun flot n'est observé ce qui confirme les attentes des modèles de transport ainsi que certaines propriétés observées dans d'autres systèmes. L'amélioration de l'électronique de mesure et l'ajout de nouveaux détecteurs va permettre à ALICE d'acquérir plus de données dès le Run 3. Au niveau des détecteurs, cette thèse met en avant le commissioning du spectromètre à muons et le développement d'outils de contrôle qualité (QC) permettant aux shifters et aux experts de surveiller l'état des détecteurs en temps réel à partir d'observables choisies. Cette thèse traite également du comportement de la nouvelle électronique de mesure en ce qu'elle affecte la reconstruction des impacts des particules (le clustering) et par conséquent la résolution de nos mesures.

The quark-gluon plasma (QGP) is a deconfined state of matter in which quarks and gluons move freely, which can be produced in heavy-ion collisions at the LHC. The study of the QGP using the ALICE apparatus relies partly on quarkonia, bound states of a heavy quark and antiquark of which the J/ψ (cꞇ) is an example. They are probes of choice as they are formed at the early stages of the collision and are influenced by the color-charged medium. A signature of QGP formation, the elliptic flow, provides an assessment of collective effects between the produced particles and was observed for light particles in Pb---Pb collisions and, surprisingly, in p---Pb and p---p systems although no QGP formation was expected. For the J/ψ, flow has been observed in both Pb---Pb and p---Pb systems, however without a clear theoretical explanation. Consequently, this thesis focuses on the measurement of the elliptic flow of the J/ψ in pp collisions at √8=13 TeV acquired during LHC Run 2 (2016 to 2018), through correlations of J/ψ-hadron pairs. No significant elliptic flow is found which is compatible with transport model expectations and properties observed in larger systems. Improvements to the electronics and the addition of new detectors will allow for more data to be acquired from Run 3 onwards. On the detector side, this thesis discusses the commissioning of the muon spectrometer and the development of Quality Control (QC) software allowing shifters and experts to monitor the status of the detector using dedicated observables. We also study the behaviour of the electronics and how it affects particle hit reconstruction (clustering) and ultimately the resolution of our measurements.