Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées

La densité record de photons autour des noyaux ultrarelativistes accélérés au LHC produit des J/Ψ

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 √S_NN = 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 √S_{NN =} 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 <N_part> (Dans cette représentation les collisions les plus centrales correspondent à <N_part>  ≈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 √S_NN )=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

Pages collaboration ALICE : https://alice.cern/
Pages équipe Plasma @ Subatech : http://www-subatech.in2p3.fr/fr/recherche/equipes/plasma/presentation

Premières collisions Plomb-Plomb du Run3

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.

Pages collaboration ALICE : https://alice.cern/
Pages équipe Plasma @ Subatech : http://www-subatech.in2p3.fr/fr/recherche/equipes/plasma/presentation

Contact : Marie Germain (marie.germain@subatech.in2p3.fr) pour l’équipe Plasma, Subatech

Christelle Morançais, présidente du Conseil Régional des Pays de la Loire en visite à Subatech

Lundi 17 octobre, la présidente de la Région Pays de la Loire, Christelle Morançais, est venue rencontrer les étudiants IMT Atlantique de Nantes.  A cette occasion elle a souhaité visiter le laboratoire Subatech. 
Elle a été accueillie par la direction qui lui a présenté le laboratoire, son personnel, ses activités de recherche avec les 4 axes thématiques (Les Deux Infinis, Nucléaire pour la Santé, Nucléaire pour l'Énergie et l'Environnement, et les Technologies Associées à la Physique Subatomique). La visite, qui a eu lieu dans le hall expérimental, a été l'occasion de mettre l'accent sur une partie des recherches à Subatech, notamment autour de la construction du premier imageur au monde pour l' imagerie à 3 photons pour le petit animal en collaboration avec le CRCINA, CHU Nantes et GIP Arronax et un soutien important de la Région Pays de la Loire.

Traversées Xénon/vide de XEMIS2 en cours de test d'étanchéité
Avec de gauche à droite : Gines Martinez (Directeur de Subatech), Christelle Morançais (Présidente de la Région Pays de la Loire), Christophe Lerouge (Directeur IMT Atlantique), Magali Bricaud (Directrice de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche, Conseil Régional des Pays de la Loire),  Laurence Le Coq (Directrice DRI IMT Atlantique), Brigitte Brulard (Directrice de cabinet et gouvernance IMT Atlantique)