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Les noyaux de Plomb accélérés au LHC (CERN) aux énergies ultrarelativistes sont sources d’un important champ électromagnétique qui ressemble à un champ de photons d’une densité de l’ordre de quelques photons autour du noyau, ce qui représente des densité records de l’ordre de 1024 photons par cm2, avec des énergies de quanta des photons qui atteignent le gigaélectronvolt. Ainsi le LHC devient un collisionneur photon-photon ou photon-hadron ; les réactions induites par photons sont à l’étude dans les collisions ultrapériphériques au LHC (Fig 1) mais également dans les collisions avec recouvrement nucléaire.
En 2016, la collaboration ALICE a observé une production plus importante de J/Ψ (état lié d’un quark et un antiquark charmé) dans les collisions Pb-Pb à √SNN = 2.76 TeV très périphériques et à très basse impulsion transverse, par rapport aux prédictions théoriques dans les processus hadroniques. Ce résultat étant la première indication de la photo-production cohérente de J/Ψ dans des collisions avec recouvrement nucléaire. Il s’agit d’une interaction cohérente d’un photon avec tout le noyau de Pb produisant un J/Ψ, qui a les mêmes nombres quantiques que le photon avec une masse 3 fois supérieure à la masse du proton. Littéralement le photon, par fluctuation quantique se transforme en un quark-antiquark charmé virtuel et qui par interaction avec le noyau acquiert de la masse et se transforme dans un J/psi réel. La compréhension de la photo-production cohérente dans une collisions avec recouvrement nucléaire représente un défi pour la physique théorique, car la cohérence de l’interaction du photon avec un noyau qui se disloque complètement lors de la collision avec recouvrement nucléaire, reste un mystère. La collaboration ALICE, a mesuré cette production cohérente à rapidité avant (2.5<y<4) dans le canal de décroissance muonique du J/Ψ des collisions périphériques Pb-Pb à √SNN = 5.02 TeV, et, pour la première fois un signal (> 5σ) a été observé dans des collisions semi-centrales. La section efficace de production de ces J/Ψ est présentée sur la Figure 2 en fonction du nombre moyen de nucléons participants <Npart> (Dans cette représentation les collisions les plus centrales correspondent à <Npart> ≈400 ). Ces résultats montrent aussi une faible dépendance avec la centralité de la collision, ainsi qu’une augmentation de la photo-production cohérente avec l’énergie de la collision. Ces résultats sont reproduits par des calculs théoriques utilisés pour décrire la photo-production dans les collisions ultrapériphériques, modifiés phénoménologiquement pour tenir compte des contraintes d’une interaction avec recouvrement nucléaire. Les futures mesures du Run3 (avec plus de statistique et plus de précision) pourront clarifier les modèles théoriques de photo-production cohérente mais également en étudiant ce processus pour des collisions plus centrales, elles permettront de tester la dissociation des J/Ψ photo-produits dans le plasma de Quark et de Gluons qui est généré dans le volume du recouvrement nucléaire.
Figure2 : Section efficace de la photo-production de J/Ψ en fonction du nombre moyen de nucléons participants, dans l’interaction hadronique Pb-Pb à l’énergie du centre de masse √SNN )=5.02 TeV. Les résultats sont comparés aux prédictions théoriques.
En savoir plus : arXiv:2204.10684 à paraître dans Phys.Lett.B. & Courrier du CERN : Oct2022
[1] Phys. Rev. Lett. 116 no. 22, (2016) 222301, arXiV 1509.08802
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Après un redémarrage au mois de juillet 2022, le LHC a délivré à nouveau des collisions de Plomb à l’énergie record de √s_NN= 5,36 TeV pendant quelques heures le 18 Novembre 2022. Ce premier test de collisions Pb-Pb est une étape importante pour l’expérience ALICE afin d’optimiser et de préparer la prise de données et la compression de celles-ci en vue du programme d’étude du Plasma de Quarks et de Gluons (état déconfiné de la matière nucléaire) lors du Run Pb-Pb de 2023.
Vue d’une collision Pb-Pb, le 18 novembre par l’expérience ALICE dans ses différents détecteurs dont le spectromètre à muons, le Muon Forward Tracker et le calorimètre électromagnétique.
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Contact : Marie Germain (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.) pour l’équipe Plasma, Subatech
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La première semaine de décembre, une grande étape a été franchie : le MFT (Muon Forward Tracker) a été installé au sein de l’expérience ALICE (LHC, CERN). Il s’agit d’un tout nouveau trajectographe qui permettra d’étendre le programme de physique associé au spectromètre à muons. La photo montre le MFT en place autour du tube faisceau du LHC. Le détecteur est un cône de 60cm de diamètre et de 40cm de longueur ; les collisions auront lieu 40cm devant le détecteur. Subatech a eu la responsabilité et a tenu un rôle crucial sur plusieurs parties du MFT : les circuits imprimés flexibles (bandes vertes sur la photo) qui permettent d’alimenter, de lire et de contrôler les capteurs à pixels en silicium, toute la mécanique du cœur du détecteur (les disques de support des capteurs, le système de refroidissement et la structure cônique maintenant ces disques) avec l’intégration associée, le système d’alimentation électrique des capteurs et toutes les étapes d’assemblage.
Avec cette étape cruciale passée, démarre la période de mise en route du détecteur et de son intégration dans l’environnement d’ALICE pour le faire fonctionner avec les autres détecteurs de l’expérience. Les premières collisions du Run 3 du LHC sont attendues pour février 2022. Un grand merci à tout le personnel technique du labo ayant contribué à ce projet depuis 2011 et sans qui le MFT n’aurait pas pu exister.
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10 ans après la découverte du boson de Higgs* et après 3 ans et ½ d’arrêt, le LHC (Large Hadron Collider) au CERN redémarre ! Le 5 juillet 2022 à 16h47 le LHC a délivré les premières collisions proton proton à 13,6 TeV pour les 4 expériences du LHC : ALICE, ATLAS, CMS, LHCb. L’expérience ALICE a démarré son programme de physique avec les nouveaux détecteurs installés pendant ces années d’arrêt, en particulier le Muon Forward Tracker (MFT) pour lequel l’équipe ALICE de Subatech a contribué de manière majeure. Une nouvelle électronique de lecture, afin de pouvoir supporter une plus grande luminosité, et un nouveau logiciel de reconstruction et d’analyse vont permettre d’étudier ces collisions et poursuivre l’étude des propriétés fondamentales de l’univers.
ALICE Collaboration, premieres collisions proton-proton dans ALICE avec, entre autres , les détecteurs MFT, spectromètre à muons (MCH, MID) calorimètre électromagnétique (EMC).
Video du direct du démarrage du LHC https://www.youtube.com/watch?v=06kFq1QF5-s
* https://home.cern/fr/news/series/higgs10
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Contact : Marie Germain (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.) pour l’équipe Plasma, Subatech
Lien vers la série que l'IN2P3 à mis en ligne depuis le mois d’avril sur le redémarrage du LHC ( Episode 1 : https://www.in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/au-cern-les-scientifiques-reprennent-l-exploration-de-l-univers)
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En juin ont eu lieu les premiers tests sous faisceau du MFT auprès du PS (CERN), délivrant des pions/muons de 6 GeV/c. Nous avons pu prendre des données avec un disque quasiment dans sa version finale; seuls manquaient l’électronique de readout et le système de contrôle des services (slow control et refroidissement). Ces premiers tests ont demandé un effort intense de la part des laboratoires impliqués : Subatech (mécanique, électronique d’alimentation, code d’analyse), l’Irfu (système d'acquisition de données du MFT et du télescope) et l’IPNL (collage des échelles et caractérisation du disque). Ce travail a permis de remplir l'objectif primaire (lecture de capteurs sous faisceau avec trigger) mais aussi secondaire (capacité à faire de la trajectographie).
L’analyse des données est en cours afin d’extraire les performances des capteurs du MFT (résolution spatiale, efficacité, etc.). Nous commençons à apprivoiser notre nouveau détecteur. Un autre test sous faisceau est envisagé en octobre prochain, dernière fenêtre avant l’arrêt pour 2 ans de tous les accélérateurs du CERN.