Directeur de thèse : G. Martinez-Garcia (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. 02 51 85 84 98)

Co-encadrant : G. Batigne (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser., 02 51 85 85 60)

Collaboration : Groupe PLASMA de Subatech et Collaboration ALICE (LHC, CERN)

Avec le démarrage du LHC (CERN) en 2010, une nouvelle ère dans la physique du plasma de quarks et de gluons (PQG) a débuté. Des collisions entre ions lourds à une énergie dans le centre de masse phénoménale (15 fois plus que celle du collisionneur RHIC à BNL). Grâce à ces collisions, le LHC constitue aujourd’hui un instrument idéal pour étudier les propriétés du PQG sur Terre. ALICE est la seule expérience du LHC spécialement conçue pour mesurer les caractéristiques du PQG. ALICE étudie de façon concomitante toutes les observables possibles grâce à ses 18 sous-systèmes de détection avec ces deux éléments principaux : le tonneau central et le spectromètre à muons.

Depuis plus de trente ans, les quarkonia, en particulier le J/psi et le psi(2S), sontd étudiés car leur taux de production a été proposé pour caractériser expérimentalement le PQG. Les quarkonia sont en effet très sensibles à la température du milieu produit par la collision d’ions lourds. Si cette température est suffisamment élevée, une paire de quarks charmés initialement produite va se dissoudre dans le milieu ambiant sans former d’état lié : c’est le phénomène appelé suppression. Ainsi, plus le PQG est chaud, plus de taux de suppression des quarkonia est élevé.

Le résultat des mesures effectuées au LHC a apporté un éclairage nouveau sur les mécanismes de suppression et de production des J/psi. L’énergie disponible dans les collisions plomb-plomb au LHC est telle qu’un taux de suppression de ces particules plus important ou égal à celui mesuré au RHIC était attendu. Or les mesures montrent que cette suppression est moindre. La quantité de quarks charmés produits par collision au LHC est telle que, même si les paires de ces quarks sont dissociées par le milieu, les quarks charmés peuvent, après diffusion dans le PQG, reformer une paire pour produire un quarkonia ; il s’agit du phénomène de recombinaison qui peut expliquer la suppression moins importante observée pour le J/psi. La même étude peut être menée pour le psi(2S) mais elle s’avère plus délicate. En effet leur taux de production est plus faible ce qui rend l’extraction du signal plus délicate. L’intérêt de l’étude du psi(2S) réside dans le fait que sa température de dissociation est différente de celle du J/ psi ce qui implique un comportement différent vis-à-vis de la dissociation et de la recombinaison.

Le spectromètre à muons de l’expérience ALICE mesure les quarkonia et les particules contenant des quarks lourds via leur désintégration dans le canal muonique. La limitation de ce détecteur réside dans l’existence d’un absorbeur frontal situé entre le point de collisions et les chambres de trajectographie et destiné à arrêter toute particule autre que les muons. Le prix à payer est que les muons diffusent à l’intérieur de cet absorbeur dégradant ainsi la résolution spatiale des trajectoires des muons dans la région où ont lieu les collisions. La mesure du taux de production est actuellement entachée d’un biais expérimental dû à la production également de mésons B qui se désintègrent en produisant un quarkonia. Cependant, le temps de vie de ces mésons B leur permet de parcourir typiquement une distance de l’ordre de quelques centaines de micromètre avant désintégration. La collaboration ALICE conçoit actuellement un trajectographe, le Muon Forward Tracker (MFT), à base de capteurs à pixels en silicium qui sera placé en amont de l’absorbeur afin d’obtenir une résolution spatiale sur les trajectoires des muons (mieux que 100 μm au niveau de la zone de collision) afin de séparer les quarkonia issus des mésons B des quarkonia produits directement par le PQG. De plus, le bruit de fond dû à la désintégration de pions et de kaons en muon pourra être fortement réduit ce qui facilitera l’étude du psi(2S). Le MFT est formé de 5 disques dans lesquels sont répartis près d’un millier de ces capteurs à pixel, appelés ALPIDE. Ce détecteur devra être installé à la fin du deuxième arrêt long du LHC prévu en 2020.

Le démarrage de la thèse coïncide avec le début de la production des éléments du MFT, notamment les échelles (ensemble de 2 à 5 ALPIDE connectés ensemble par un circuit imprimé flexible). La fin de la thèse correspondra à l’installation et à la validation du MFT au sein d’ALICE. Un volet de la thèse consistera à contribuer à la caractérisation des échelles et des disques du MFT ainsi qu’à l’installation et la validation du MFT sur site.

En parallèle, le doctorant analysera les données du spectromètre à muons du Run II (2015-2018) afin d’étudier la production de psi(2S) dans les collisions proton-proton et Plomb-Plomb. Il pourra également déterminer par simulation les performances attendues sur cette mesure en incluant le MFT en vue de préparer le Run III du LHC.

En tant que membre de la collaboration ALICE, l’étudiant participera aux prises de données du run 2 du LHC (2015-2018) sur le site d’ALICE pour une période de 2 semaines par an environ. Le travail mené par le doctorant sera d’une grande valeur pour le projet MFT. De plus, le candidat recevra une formation complète de physicien expérimentateur (du détecteur à l’analyse de données en passant par la simulation).