Sujet de thèse pour la rentrée 2018

Mesure de l’excès de J/psi à très basse impulsion transverse dans les collisions Pb-Pb à 5 TeV au LHC au CERN avec le détecteur ALICE

Financement : IMT Atlantique

Encadrement :

TARHINI Mohammad, Subatech, Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.

STOCCO Diego, Subatech, Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.

MARTINEZ Gines, Subatech, Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.

Mots clés : Ions lourds, énergie ultra-relativiste, QGP, QCD, QED, ALICE, LHC, CERN, Psi, charmonium, quarkonium, UPC, photo-production

Key words: Heavy Ions, ultra-relativistic energies, QGP, QCD, QED, ALICE, LHC, CERN, Psi, charmonium, quarkonium, UPC, photo-production

 

La première mesure d’un excès de J/ψ produits à très basse impulsion transverse dans les collisions Pb-Pb aux énergies du LHC a été réalisée par les membres du groupe de Subatech (Laure MASSACRIER, Philippe PILLOT et Antoine LARDEUX) avec les données Pb-Pb à 2.76. Cette mesure a été publié dans la revue Physical Review Letters en 2016 (PRL 116 (2016) 22, 222301). Cette mesure, malgré la statistique très limitée, est surprenante et pose des questions complexes et fondamentales sur la nature d’un processus cohérent dans une collision où les noyaux interagissent fortement. En outre, cette mesure ouvre la possibilité d’utiliser la photo-production des quarkonium comme une nouvelle sonde pour étudier le plasma de quarks et de gluons dans les collisions entre ions lourds.  Les nouvelles données Pb-Pb à 5 TeV prises en 2015 sont de très bonne qualité et nous avons déjà publié les mesures du facteur de modification nucléaire du J/psi dans Physics Letters B (PL B766 (2017) 212). Nous avons réalisé une première analyse des données 2015, dont la statistique est 10 fois supérieure à celle des données Pb-Pb à 2.76 TeV collectes en 2011 et nous attendons pour 2018 une statistique 3 fois supérieur à celle du 2015.

The first measurement of the low pT J/psi excess in Pb-Pb collisions at the LHC energies has been performed by the Subatech group (Laure MASSACRIER, Philippe PILLOT et Antoine LARDEUX) with the 2011 Pb-Pb data at 2.76 TeV. This pioneering measurement has been published in Physical Review Letters in 2016 (PRL 116 (2016) 22, 222301). These results are surprising and open fundamental questions about the origin of this electromagnetic coherent process in a collision where nuclei interact strongly as well. Moreover, this measurement opens the possibility to exploit the J/psi photo-production as a new probe of the QGP at LHC energies. The new 2015 Pb-Pb data exhibit an excellent quality with a statistics 10 times larger than that in 2011 and we plan to take new Pb-Pb data in 2018 with a statistics 3 times larger than that in 2015.

Objectifs

Le sujet de thèse proposé est donc la mesure de l’excès de J/psi à très basse impulsion transverse dans les collisions Pb-Pb à 5 TeV dans le canal dimuon avec le détecteur ALICE du LHC au CERN. Il y a deux objectifs de physique principaux. Tout d’abord la mesure de la photo-production cohérente de J/psi dans les collisions très périphériques Pb-Pb à 5 TeV. Cette mesure est cruciale pour pouvoir mesurer séparément  les contributions de gluons de petits x et de grand x de Bjorken qui contribuent à la photo-production cohérente de de J/psi dans les collisions ultra-périphériques Pb-Pb  (une mesure similaire à plus basse énergie était publié dans la revue PLB718 (2013) 1273).  Ensuite il s’agit de mesurer l’excès en fonction de la centralité de la collision Pb-Pb. Cette analyse est difficile compte tenu que la contribution hadronique augmente avec le nombre de collisions nucléon-nucléon tandis que la photo-production cohérent est plutôt constante. Le mécanisme de cohérence dans les collisions centrales reste une question fondamentale et n’est pas encore modélisé par la théorie. Si la statistique le permet, autres observables pourraient être étudiées pour la première fois comme la polarisation de la J/psi, la production de la psi(2S) et l’impulsion moyenne.

The subject of the thesis is to measure the very low pT J/psi excess in Pb-Pb collisions at 5 TeV at LHC in the dimuon channel with the ALICE Detector. There are to main physics goals. On the one hand, The measurement of the coherent photo-production in the most peripheral Pb-Pb collisions at 5 TeV. This measurement is crucial to disentangle the low-x and high-x gluon contribution to the photo-production (see PL B718 (2013) 1273). On the other hand, the goal will be to measure the low pT excess as a function of the Pb-Pb collision centrality. This is a challenging analysis considering that the J/psi hadronic contribution increases with the average number of nucleon-nucleon collisions, while the photo-production is more or less constant. The existence of coherent photo-production in central Pb-Pb collisions is a fundamental question which has not been explained yet. If the statistics is enough, other observables like the J/psi polarisation, production of psi(2s) and the average transverse momentum could also be studied for the first time in the present analysis.

Compétences requises :

Master en physique fondamentale. Bonnes connaissances en informatique : système Linux ou Unix et C++.

Master in fundamental physics. Good knowledge of computing : Linux, C++.