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Thèse Année : 2023

Probing the quark-gluon plasma at the LHC : study of charmonia with the ALICE detector and thermal dileptons phenomenology

Sonder le plasma de quarks et de gluons au LHC : étude des charmonia avec le détecteur ALICE et phénoménologie des dileptons thermiques

Maurice Coquet
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1322786
  • IdRef : 273515748

Résumé

Ultrarelativistic heavy-ion collisions allow to study the behavior of strongly interacting matter at high temperature. In such conditions, the quarks and gluons are no longer confined into hadrons, but form a quark-gluon plasma (QGP). Charmonia, bound states of charm and anti-charm quarks, are important probes of the formation of such a state of matter. In particular, the production and transport of J/psi particles in heavy-ion collisions are impacted by the interaction of the charm quarks with the QGP.In 2021, a new secondary vertexing detector called the Muon Forward Tracker (MFT) was installed in the ALICE experiment. It now allows to separate non-prompt J/psi, originating from the decay of hadrons containing beauty quarks, from those produced promptly in the collisions, in the forward rapidity region of this experiment. This separation allows to further assess the effect of heavy quarks interaction with the QGP. First preliminary studies presented in this thesis show that this separation is indeed achievable in proton-proton collisions using the MFT, opening the door to pursue this analysis in heavy-ion data.Beside charmonia, another significant probe of the medium produced in heavy-ion collisions are thermal dileptons, pairs of electron-positron or muon-anti-muon radiated by the QGP. In particular, dileptons can be used to gain insight into the first instants of heavy-ion collisions and give keys to understand to what extent thermalization can be achieved in such collision. In a phenomenology study, we compute the dilepton production including the contribution from the early stages of the QGP, and show that their invariant mass, transverse mass and polarization distributions can give direct access to the thermalization time and early-time properties of the QGP.
Les collisions ultrarelativistes d'ions lourds permettent d'étudier le comportement de la matière en interaction forte à haute température. Dans ces conditions, les quarks et les gluons ne sont plus confinés dans des hadrons, mais forment un plasma de quarks et de gluons (QGP). Les charmonia, états liés de quarks et antiquarks de saveur charm, sont des sondes importantes de la formation d'un tel état de la matière. En particulier, la production et le transport du charmonium J/psi dans les collisions d'ions lourds sont influencés par l'interaction des quarks charm avec le QGP. En 2021, l'expérience ALICE s'enrichit d'un nouveau détecteur appelé Muon Forward Tracker (MFT). Celui-ci permet désormais de séparer les J/psi non prompts, issus de la désintégration des hadrons composés de quarks beauty, de ceux produits directement lors des collisions, dits prompts, dans la région de rapidité à l'avant de l'expérience ALICE. Cette séparation permet de mieux évaluer l'effet de l'interaction des quarks lourds avec le QGP. Des études préliminaires présentées dans cette thèse montrent que cette séparation est effectivement réalisable dans les collisions proton-proton à l'aide du MFT, ce qui ouvre la voie à la poursuite de cette analyse dans les données d'ions lourds.Au côté des charmonia, les dileptons thermiques, paires électron-positron ou muon-anti-muon émises par le QGP, constituent une autre sonde remarquable du milieu produit dans les collisions d'ions lourds et de son évolution. Ils sont particulièrement sensibles aux premiers instants de ces collisions et donnent des clés pour comprendre dans quelle mesure l'équilibre thermique peut y être atteint. Dans une étude phénoménologique, nous calculons la production de dileptons thermiques en prenant en compte la contribution des premiers instants de la formation du QGP, et nous montrons que leurs distributions de masse invariante, de masse transverse et de polarisation peuvent donner un accès direct au temps de thermalisation et aux propriétés du QGP lors de ses premiers instants.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04337446 , version 1 (12-12-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04337446 , version 1

Citer

Maurice Coquet. Probing the quark-gluon plasma at the LHC : study of charmonia with the ALICE detector and thermal dileptons phenomenology. Nuclear Experiment [nucl-ex]. Université Paris-Saclay, 2023. English. ⟨NNT : 2023UPASP123⟩. ⟨tel-04337446⟩
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