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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-21-0329

DOMAINE DE RECHERCHE
Physique nucléaire / Physique corpusculaire et cosmos
INTITULÉ DU SUJET Français English

Étude de la production de Quarkonia prompt et non-prompt dans les collisions Pb-Pb à 5 TeV du Run 3 du LHC

RÉSUMÉ DU SUJET

Quelques micro-secondes après le Big Bang l’Univers se trouvait dans un état de plasma de quarks et de gluons (QGP). Cet état, prédît par la Chromodynamique Quantique, la théorie de l’interaction forte, est atteint pour des températures ou des densités d’énergie très élevées. Ces conditions sont réunies dans les collisions d’ions lourds ultra-relativistes au LHC au CERN.

Parmi les différentes observables du QGP, l’étude de la production d’hadrons contenant des quarks lourds (c ou b) et des quarkonia (états liés c-cbar ou b-bbar) est particulièrement pertinente pour comprendre les propriétés du QGP.

Les quarkonia sont des particules rares et très lourdes qui sont produites aux premiers instants de la collision principalement par des processus de fusion de gluons. Ainsi elles sont crées avant même la formation du QGP et constituent des sondes idéales de celui-ci. En traversant le QGP, la paire quark/anti-quark serait écrantée par les nombreux quarks et gluons du plasma. Il s’agit du mécanisme de suppression des quarkonia par écrantage de couleur par le QGP. Les différents états des quarkonia ayant des énergies de liaison différentes, la probabilité de dissociation de chaque état sera différente, on parle alors de suppression séquentielle des quarkonia. De plus, si le nombre initial de paires quark/anti-quark est élevé, et si les quarks lourds thermalisent dans le QGP, alors des nouveaux quarkonia peuvent être crées par le QGP par recombinaison de quarks lourds. C’est le mécanisme de régénération. Au LHC, les Upsilon (b-bbar) et les J/psi (c-cbar) sont complémentaires, les premiers seraient plus aptes pour étudier la suppression séquentielle, alors que les seconds permettraient d’étudier d'éventuels mécanismes de régénération. D’autre part les J/psi non-prompt qui sont issus de la décroissance des hadrons contenant un quark b, donnent accès aux propriétés du transport des quarks b dans le QGP. Plus récemment, la photo-production des J/psi dans les collisions Pb-Pb périphériques à été mise en evidence, il s’agit de J/psi produits à partir du flux de photons émis par les noyaux de Pb en mouvement et qui sont principalement produits avec une très faible impulsion transverse. La caractérisation de ces quarkonia photo-produits permettra de mieux contraindre l’état initial de la collision ainsi que les propriétés du QGP.

Nous proposons d’étudier la production des quarkonia prompt et non-prompt dans les collisions Pb-Pb à une énergie dans le centre de masse de la collision par paire de nucleon (sqrt(sNN)) de 5 TeV au LHC avec les premières données du Run 3 (2022-2024). Une amélioration du système de détection d’ALICE est en cours, avec notamment l’ajout d’un trajectographe à pixels en silicium pour compléter le spectromètre à muons d’ALICE et une nouvelle électronique de lecture de ce dernier. Ces ameliorations permettront, d’une part, de profiter au maximum de l’augmentation en luminosité du LHC et ainsi de tripler en une seule année la quantité de données collectées pendant tout le Run 2 (2015-2018) du LHC et, d’autre part, de séparer les contributions prompt et non-prompt grâce à la mesure de precision du vertex de décroissance en deux muons des quarkonia.

Dans un premier temps, le candidat mettra en place les procedures de séparation des quarkonia prompt et non-prompt. En ce faisant, l'étudiant contribuera au développement du nouveau code de reconstruction, simulation, calibration et analyse (aussi appelé O2) que la Collaboration ALICE développe pour les Runs 3 et 4 du LHC. Dans un deuxième temps, le candidat étudiera la production des quarkonia prompt et non-prompt en Pb-Pb en termes de taux et d’anisotropie de production. Ces études pourront se faire en fonction de la centralité de la collision, de l’impulsion transverse et de la rapidité du quarkonia, pour différents types de quarkonia. En fonction de l’état d’avancement de la thèse ces études prioritaires pour les quarkonia issus des collisions hadroniques pourront être étendues aux quarkonia photo-produits.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

M2 en physique nucléaire ou physique des particules

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service de Physique Nucléaire
Laboratoire plasma de quarks et gluons (LQGP)
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2021
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Javier CASTILLO  

CEA
DRF/IRFU/DPhN/LQGP
CEA/Saclay - Irfu/SPhN
Orme des Merisiers
Bât. 703/P. 44
91190 Gif-sur-Yvette

Téléphone : +33 1 69 08 72 55

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
PHENIICS
DIRECTEUR DE THÈSE

Javier CASTILLO

CEA
DRF/IRFU/DPhN/LQGP
CEA/Saclay - Irfu/SPhN
Orme des Merisiers
Bât. 703/P. 44
91190 Gif-sur-Yvette