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Study of light-neutral meson production in the dimuon chanel in pp collisions at sqrt(s)=13 TeV at forward rapidity at the CERN LHC with ALICE
No full textLa matière qui nous entoure est formé de hadrons, eux-même constitués de quarks et de gluons. Ces derniers sont des composants élémentaires qui n'existent pas sous forme libre. Cependant nous savons à l'heure actuelle que la matière confinée dans des hadrons peut, dans des conditions de haute température et/ou de haute densité baryonique, se retrouver sous une forme déconfinée de plasma de quarks et de gluons. Pour réaliser expérimentalement les conditions permettant de former ce plasma de quarks et de gluons, nous avons besoin d'une machine capable de faire entrer en collision des noyaux à des énergies très élevées: cela est notamment possible au CERN, où se situe le plus grand accélérateur de particules du monde, le Large Hadron Collider, qui a permis de faire entrer en collisions des noyaux de plomb à une énergie par paire de nucléons de 2.76 et 5.02TeV, et des protons à des énergies allant de 0.9 à 13TeV. Les collisions entre noyaux de plomb permettent, en particulier, d'atteindre les conditions de densité d'énergie nécessaires à la formation de la phase de plasma de quarks et de gluons. Ce travail de thèse contribue à ce programme de physique par l'étude de la production de mésons neutres légers en collisions proton-proton à 13TeV, référence nécessaire pour comprendre les observations en collisions plomb-plomb. L'étude des mésons neutres légers a été menée dans le canal dimuonique par l'analyse du spectre de masse invariante des dimuons de masse inférieure à 1.5 GeV/c², permettant notamment de mesurer les sections efficaces des mésons eta, rho/omega et phiThe ordinary matter surrounding us is made of hadrons which in turn are composed of quarks and gluons. These latter are elementary constituents which cannot be observed in a free state. However it is at present recognized that this matter confined within hadrons can undergo, under extreme conditions of high temperature and/or highnet baryonic density, a transition to a state of deconfined quarks and gluons whichcalled quark gluon plasma. The conditions required to form this quark gluon plasma can be experimentallyachieved using a machine capable of colliding nuclei at very high energies: this is particularly the case at CERN where is located the world’s largest and most powerful particle accelerator, the Large Hadron Collider, which collided Pb ions at a center-of-mass energy of 2.76 to 5.02 TeV per nucleon pair and protons of 0.9 to 13 TeV. Pb-Pb collisionssuch relativistic energies definitely allow for the suitable density conditions to form the quark gluon plasma phase. This thesis work contributes to this physics program by studying the production of neutral light mesons in collisions of proton-proton at 13 TeV, which provides the necessary reference to understand further observations done in Pb-Pb collisions. This study has been performed in the dimuon decay channel by analyzing the dimuon invariant mass spectrum in the region of masses lower than 1.5 GeV/c2 , giving accessthe measurement of the cross sections of eta, rho/omega and phi meson
Study of the charged particle density and low mass vector mesons in Pb-Pb collisions at sqrt(s)NN =2.76 TeV in ALICE at LHC
No full textLa matière que nous connaissons est composée de hadrons dont les quarks et les gluons sont les composants élémentaires. Ces derniers n'existent pas libres dans la matière ordinaire et sont donc en permanence confinés dans les hadrons. Cependant, d'après les prédictions théoriques, quelques microsecondes après le Big Bang, la température était suffisamment élevée pour que les quarks et les gluons ne soient pas contenus dans les hadrons. Il s'agit d'une phase déconfinée de la matière hadronique appelée Plasma de Quarks et Gluons (QGP). Le Large Hadron Collider (LHC) au CERN (Genève) est un accélérateur de particules permettant d'accélérer, entre autres, des ions et de produire des collisions à des énergies dans le centre de masse par nucléons allant jusqu'à plusieurs TeraélectronVolts. Il est ainsi possible d'atteindre des températures permettant de recréer cette phase de QGP pour en étudier les propriétés. C'est dans ce cadre que se place l'expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiement) qui est dédiée à l'étude des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Le temps de vie du QGP étant trop faible, il n'est pas possible de l'étudier directement. Il est alors nécessaire d'utiliser des observables indirectes. Ce travail de thèse s'inscrit directement dans ce programme de physique par le biais de l'étude des collisions d'ions lourds à 2.76 TeV. Deux observables sont abordées : la densité de particules chargées par unité de pseudorapidité et les mésons vecteurs de basse masse (rho, omega et phi) dans le canal dimuons. La première observable permet d'accéder à des informations sur les conditions initiales et la dynamique sous-jacente des mécanismes de production de particules. La mesure est réalisée sur la gamme en pseudo-rapidité la plus large jamais atteinte au LHC (10 unités) grâce au développement d'une méthode d'analyse originale dite " méthode des vertex déplacés ". La technique employée et les résultats obtenus sont décrits dans le chapitre 3. L'étude des mésons vecteurs de basse masse permet d'accéder à la production d'étrangeté via le méson phi et à la symétrie chirale à travers la modification de la fonction spectrale du rho. L'analyse a été menée à l'aide du spectromètre à muons d'ALICE et les résultats obtenus sur le taux de production du méson phi par rapport au mésons rho et omega sont présentés dans le chapitre 4. Dans ce chapitre, une étude sur la sensibilité du détecteur aux effets liés à la restauration de la symétrie chirale est aussi menéeThe matter is composed of hadrons of which quarks and gluons are the elementary components. These do not exist in a free state in ordinary matter and are therefore permanently confined in hadrons. However, according to theoretical predictions, a few microseconds after the Big Bang, the temperature was high enough to create a deconfined state of quarks and hadrons : the Quark and Gluon Plasma (QGP). The Large Hadron Collider (LHC) at CERN (Geneva) is a particle accelerator which accelerates, among others, ions and produces collisions with energies per nucleons in the center of mass up to several TeraelectronVolts. It is thus possible to achieve temperatures to recreate the QGP phase to study its properties. The experiment ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is dedicated to the study of such ultra-relativistic heavy-ion collisions. The lifetime of the QGP being too low, it is not possible to study it directly. It is then necessary to use indirect observables. This PhD work is directly related to the study of heavy-ion collisions at 2.76 TeV. Two observables are discussed : the density of charged particles per unit of pseudorapidity and low mass vector mesons (rho, omega and phi) in the dimuon channel. The first observable gives access to informations about the initial conditions and the underlying dynamics of particle production mechanisms. The measurement is performed in the largest pseudorapidity range reached at the LHC (10 units) thanks to the development of an original analysis method called " displaced vertex technique ". The technique employed and the results obtained are described in Chapter 3. The study of low mass vector mesons allows to probe the production of strangeness via the phi meson and chiral symmetry through the ! spectral function modification. The analysis was conducted using the ALICE muon spectrometer and the results obtained from the production rate of the phi with respect to rho and omega are shown in Chapter 4. In this chapter, a study on the sensitivity of the detector to the effects related to the chiral symmetry restoration is also conducte
Production et polarisation de Υ en collisions pp à √s = 13 TeV au LHC du CREN
No full textLes états de quarkonium (e.g. J/ψ or Υ et leurs états excités), états liés de quarks charme et anticharme (c ̄c) ou bottom et antibottom (b ̄b) fournissent un moyen efficace de tester notre compréhension de la chromodynamique quantique (QCD), à la fois en ce qui concerne leurs mécanismes de production dans le vide ou dans des environnements hadroniques de type vide. et leur interaction avec le milieu déconfiné produit en collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Parmi les outils offerts pour caractériser la production de quarkonium en collisions proton-proton, la corrélation entre production de quarkonium et multiplicité de particules chargées est particulièrement pertinente pour mettre en évidence le rôle joué par les mécanismes durs et doux de production de quarkonium. Dans ce contexte, la multiplicité de particules chargées permet d'établir les propriétés de l'événement sous-jacent (y compris le rôle des interactions multi-partoniques), agissant comme un paramètre d'échelle effectif, déterminant l'écart des effets observés à la référence du vide, indépendamment de la taille du système. L'étude de la polarisation de quarkonium, i.e. l'alignement d'un état donné de quarkonium par rapport à un axe choisi, est un autre outil intéressant pour éclairer notre compréhension de la production de quarkonium. ALICE est une expérience installée au LHC (Large Hadron Collider) du CERN, dédiée à l'étude de collisions hadroniques de proton-proton à Pb-Pb, où un milieu chaud et dense peut être créé, nommé le Plasma de Quarks-Gluons (QGP). Cette thèse décrit la mesure des Υ(1S), Υ(2S) et Y(3S) en fonction de la densité de multiplicité de particules chargées dNch/dη, effectuée par l'expérience ALICE du LHC en collisions proton-proton à √s = 13 TeV. Les mésons Y sont mesurés à rapidité avant (2.5 < y < 4) dans le canal de désintégration dimuon, tandis que la multiplicité de particules chargées est mesurée aux rapidités centrales (|η| < 1). Ces deux quantités sont normalisées à leurs valeurs moyennes obtenues dans les événements de biais minimum. L'augmentation observée des taux de production des Y(1S), Y(2S) et Y(3S) en fonction de la multiplicité de particules chargées normalisée est compatible avec une évolution linéaire, compte-tenu des barres d'erreur. Les rapports états excités sur fondamentaux normalisés sont compatibles avec l'unité, compte tenu des barres d'erreur. De même, le double rapport normalisé Y(1S) sur J/ψ , tous deux aux rapidités avant, est compatible avec l'unité pour des multiplicités de particules chargées normalisées au delà de 1. Les mesures sont confrontées à des prédictions de modèles théoriques incorporant des effets d'états initiaux ou finaux. La polarisation du Y(1S) a aussi été mesurée en collisions proton-proton à √s = 13 TeV. Du fait de la taille réduite du lot de données collectées, l'analyse n'a pas pu être menée pour les états Y(2S) et Y(3S). Les paramètres de polarisation λθ, λφ et λθφ ont été extraits pour le Y(1S) en fonction de l'impulsion transverse dans les référentiels de référence de l'hélicité et de Collins-Soper. Aucun écart significatif du scénario de polarisation nulle a été observé pour le Y(1S) en collisions pp, conformément aux prédictions de calculs Next-to-Leading-Order QCD. Ce résultat est en accord avec une mesure effectuée par la collaboration LHCb en collisions pp à √s = 8 TeV dans une région cinématique similaire (2.2<y<4.5).Quarkonium (e.g. J/ψ or Υ and their excited states), bound states of charm and anticharm (c ̄c) or bottom and antibottom (b ̄b) quarks, represent an effective tool to test our understanding of quantum chromodynamics (QCD), concerning both their production mechanisms in vacuum or vacuum-like hadronic environments, and their interaction with the deconfined medium produced in ultra-relativistic heavy-ion collisions. Among the available tools to characterize quarkonium production in proton-proton collisions, the correlation between quarkonium production and the charged-particle multiplicity is particularly helpful in order to investigate the interplay between soft and hard production mechanisms of quarkonium. In this context, the charged-particle multiplicity allows one to characterize the properties of the underlying event (including the role of multiparton interactions), acting as an effective scaling parameter determining the deviation of the observed effects from the vacuum reference, independently of the collision mode size. Another interesting tool to constrain our understanding of quarkonium production, is the study of quarkonium polarization, i.e. the spin alignment of a given quarkonium state with respect to a chosen axis. ALICE is an experiment at the CERN Large Hadron Collider (LHC), dedicated to the study of hadronic collisions from pp to Pb-Pb, where a hot and dense medium can be created, named quark-gluon plasma. With the Run 2 data taking of the LHC, the highest collision energies ever delivered in the laboratory have become accessible. In this thesis, the measurement of Υ(1S), Υ(2S), and Υ(3S) yields as a function of the charged-particle multiplicity density dNch/dη, using the ALICE experiment at the LHC, is reported in pp collisions at √s = 13 TeV. The Υ meson yields are measured at forward rapidity (2.5 < y < 4) in the dimuon decay channel, whereas the charged-particle multiplicity is defined at central rapidity (|η| < 1). Both quantities are normalized to their average value in minimum bias events. The increase of the self-normalized Υ(1S), Υ(2S), and Υ(3S) yields is found to be compatible with a linear scaling with the self-normalized dNch/dη, within the uncertainties. The measured Υ excited-to-ground state self-normalized yield ratios are found to be compatible with unity within uncertainties. Similarly, the measured double ratio of the self-normalized Υ(1S) to the self-normalized J/ψ yields, both measured at forward rapidity, is compatible with unity for self-normalized charged-particle multiplicity beyond one. The measurements are compared with theoretical predictions incorporating initial or final state effects. The Υ(1S) polarization has been also measured in pp collisions at √s = 13 TeV; the analysis could not be extended to the excited states Υ(2S) and Υ(3S) due to the limited size of the available data sample. The Υ(1S) polarization parameters λθ, λφ and λθφ have been measured as a function of pT both in the Helicity and Collins-Soper reference frames. No significant deviation from a zero-polarization scenario is observed for the Υ(1S) in pp collisions, as expected from the Next-to-Leading-Order QCD calculations. This result is consistent with the measurement performed by LHCb in pp collisions at √s = 8 TeV in a similar kinematic region (2.2 < y < 4.5) within large uncertainties
Étude de la production de méson neutre léger dans la voie de désintégration dimuonique en collision proton-proton à sqrt(s) = 13 TeV en rapidité vers l'avant dans ALICE au LHC du CERN
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Production et polarisation de Υ en collisions pp à √s = 13 TeV au LHC du CREN
No full textQuarkonium (e.g. J/ψ or Υ and their excited states), bound states of charm and anticharm (c ̄c) or bottom and antibottom (b ̄b) quarks, represent an effective tool to test our understanding of quantum chromodynamics (QCD), concerning both their production mechanisms in vacuum or vacuum-like hadronic environments, and their interaction with the deconfined medium produced in ultra-relativistic heavy-ion collisions. Among the available tools to characterize quarkonium production in proton-proton collisions, the correlation between quarkonium production and the charged-particle multiplicity is particularly helpful in order to investigate the interplay between soft and hard production mechanisms of quarkonium. In this context, the charged-particle multiplicity allows one to characterize the properties of the underlying event (including the role of multiparton interactions), acting as an effective scaling parameter determining the deviation of the observed effects from the vacuum reference, independently of the collision mode size. Another interesting tool to constrain our understanding of quarkonium production, is the study of quarkonium polarization, i.e. the spin alignment of a given quarkonium state with respect to a chosen axis. ALICE is an experiment at the CERN Large Hadron Collider (LHC), dedicated to the study of hadronic collisions from pp to Pb-Pb, where a hot and dense medium can be created, named quark-gluon plasma. With the Run 2 data taking of the LHC, the highest collision energies ever delivered in the laboratory have become accessible. In this thesis, the measurement of Υ(1S), Υ(2S), and Υ(3S) yields as a function of the charged-particle multiplicity density dNch/dη, using the ALICE experiment at the LHC, is reported in pp collisions at √s = 13 TeV. The Υ meson yields are measured at forward rapidity (2.5 < y < 4) in the dimuon decay channel, whereas the charged-particle multiplicity is defined at central rapidity (|η| < 1). Both quantities are normalized to their average value in minimum bias events. The increase of the self-normalized Υ(1S), Υ(2S), and Υ(3S) yields is found to be compatible with a linear scaling with the self-normalized dNch/dη, within the uncertainties. The measured Υ excited-to-ground state self-normalized yield ratios are found to be compatible with unity within uncertainties. Similarly, the measured double ratio of the self-normalized Υ(1S) to the self-normalized J/ψ yields, both measured at forward rapidity, is compatible with unity for self-normalized charged-particle multiplicity beyond one. The measurements are compared with theoretical predictions incorporating initial or final state effects. The Υ(1S) polarization has been also measured in pp collisions at √s = 13 TeV; the analysis could not be extended to the excited states Υ(2S) and Υ(3S) due to the limited size of the available data sample. The Υ(1S) polarization parameters λθ, λφ and λθφ have been measured as a function of pT both in the Helicity and Collins-Soper reference frames. No significant deviation from a zero-polarization scenario is observed for the Υ(1S) in pp collisions, as expected from the Next-to-Leading-Order QCD calculations. This result is consistent with the measurement performed by LHCb in pp collisions at √s = 8 TeV in a similar kinematic region (2.2 < y < 4.5) within large uncertainties.Les états de quarkonium (e.g. J/ψ or Υ et leurs états excités), états liés de quarks charme et anticharme (c ̄c) ou bottom et antibottom (b ̄b) fournissent un moyen efficace de tester notre compréhension de la chromodynamique quantique (QCD), à la fois en ce qui concerne leurs mécanismes de production dans le vide ou dans des environnements hadroniques de type vide. et leur interaction avec le milieu déconfiné produit en collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Parmi les outils offerts pour caractériser la production de quarkonium en collisions proton-proton, la corrélation entre production de quarkonium et multiplicité de particules chargées est particulièrement pertinente pour mettre en évidence le rôle joué par les mécanismes durs et doux de production de quarkonium. Dans ce contexte, la multiplicité de particules chargées permet d'établir les propriétés de l'événement sous-jacent (y compris le rôle des interactions multi-partoniques), agissant comme un paramètre d'échelle effectif, déterminant l'écart des effets observés à la référence du vide, indépendamment de la taille du système. L'étude de la polarisation de quarkonium, i.e. l'alignement d'un état donné de quarkonium par rapport à un axe choisi, est un autre outil intéressant pour éclairer notre compréhension de la production de quarkonium. ALICE est une expérience installée au LHC (Large Hadron Collider) du CERN, dédiée à l'étude de collisions hadroniques de proton-proton à Pb-Pb, où un milieu chaud et dense peut être créé, nommé le Plasma de Quarks-Gluons (QGP). Cette thèse décrit la mesure des Υ(1S), Υ(2S) et Y(3S) en fonction de la densité de multiplicité de particules chargées dNch/dη, effectuée par l'expérience ALICE du LHC en collisions proton-proton à √s = 13 TeV. Les mésons Y sont mesurés à rapidité avant (2.5 < y < 4) dans le canal de désintégration dimuon, tandis que la multiplicité de particules chargées est mesurée aux rapidités centrales (|η| < 1). Ces deux quantités sont normalisées à leurs valeurs moyennes obtenues dans les événements de biais minimum. L'augmentation observée des taux de production des Y(1S), Y(2S) et Y(3S) en fonction de la multiplicité de particules chargées normalisée est compatible avec une évolution linéaire, compte-tenu des barres d'erreur. Les rapports états excités sur fondamentaux normalisés sont compatibles avec l'unité, compte tenu des barres d'erreur. De même, le double rapport normalisé Y(1S) sur J/ψ , tous deux aux rapidités avant, est compatible avec l'unité pour des multiplicités de particules chargées normalisées au delà de 1. Les mesures sont confrontées à des prédictions de modèles théoriques incorporant des effets d'états initiaux ou finaux. La polarisation du Y(1S) a aussi été mesurée en collisions proton-proton à √s = 13 TeV. Du fait de la taille réduite du lot de données collectées, l'analyse n'a pas pu être menée pour les états Y(2S) et Y(3S). Les paramètres de polarisation λθ, λφ et λθφ ont été extraits pour le Y(1S) en fonction de l'impulsion transverse dans les référentiels de référence de l'hélicité et de Collins-Soper. Aucun écart significatif du scénario de polarisation nulle a été observé pour le Y(1S) en collisions pp, conformément aux prédictions de calculs Next-to-Leading-Order QCD. Ce résultat est en accord avec une mesure effectuée par la collaboration LHCb en collisions pp à √s = 8 TeV dans une région cinématique similaire (2.2<y<4.5)
Production et polarisation de Υ en collisions pp à √s = 13 TeV au LHC du CREN
No full textQuarkonium (e.g. J/ψ or Υ and their excited states), bound states of charm and anticharm (c ̄c) or bottom and antibottom (b ̄b) quarks, represent an effective tool to test our understanding of quantum chromodynamics (QCD), concerning both their production mechanisms in vacuum or vacuum-like hadronic environments, and their interaction with the deconfined medium produced in ultra-relativistic heavy-ion collisions. Among the available tools to characterize quarkonium production in proton-proton collisions, the correlation between quarkonium production and the charged-particle multiplicity is particularly helpful in order to investigate the interplay between soft and hard production mechanisms of quarkonium. In this context, the charged-particle multiplicity allows one to characterize the properties of the underlying event (including the role of multiparton interactions), acting as an effective scaling parameter determining the deviation of the observed effects from the vacuum reference, independently of the collision mode size. Another interesting tool to constrain our understanding of quarkonium production, is the study of quarkonium polarization, i.e. the spin alignment of a given quarkonium state with respect to a chosen axis. ALICE is an experiment at the CERN Large Hadron Collider (LHC), dedicated to the study of hadronic collisions from pp to Pb-Pb, where a hot and dense medium can be created, named quark-gluon plasma. With the Run 2 data taking of the LHC, the highest collision energies ever delivered in the laboratory have become accessible. In this thesis, the measurement of Υ(1S), Υ(2S), and Υ(3S) yields as a function of the charged-particle multiplicity density dNch/dη, using the ALICE experiment at the LHC, is reported in pp collisions at √s = 13 TeV. The Υ meson yields are measured at forward rapidity (2.5 < y < 4) in the dimuon decay channel, whereas the charged-particle multiplicity is defined at central rapidity (|η| < 1). Both quantities are normalized to their average value in minimum bias events. The increase of the self-normalized Υ(1S), Υ(2S), and Υ(3S) yields is found to be compatible with a linear scaling with the self-normalized dNch/dη, within the uncertainties. The measured Υ excited-to-ground state self-normalized yield ratios are found to be compatible with unity within uncertainties. Similarly, the measured double ratio of the self-normalized Υ(1S) to the self-normalized J/ψ yields, both measured at forward rapidity, is compatible with unity for self-normalized charged-particle multiplicity beyond one. The measurements are compared with theoretical predictions incorporating initial or final state effects. The Υ(1S) polarization has been also measured in pp collisions at √s = 13 TeV; the analysis could not be extended to the excited states Υ(2S) and Υ(3S) due to the limited size of the available data sample. The Υ(1S) polarization parameters λθ, λφ and λθφ have been measured as a function of pT both in the Helicity and Collins-Soper reference frames. No significant deviation from a zero-polarization scenario is observed for the Υ(1S) in pp collisions, as expected from the Next-to-Leading-Order QCD calculations. This result is consistent with the measurement performed by LHCb in pp collisions at √s = 8 TeV in a similar kinematic region (2.2 < y < 4.5) within large uncertainties.Les états de quarkonium (e.g. J/ψ or Υ et leurs états excités), états liés de quarks charme et anticharme (c ̄c) ou bottom et antibottom (b ̄b) fournissent un moyen efficace de tester notre compréhension de la chromodynamique quantique (QCD), à la fois en ce qui concerne leurs mécanismes de production dans le vide ou dans des environnements hadroniques de type vide. et leur interaction avec le milieu déconfiné produit en collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Parmi les outils offerts pour caractériser la production de quarkonium en collisions proton-proton, la corrélation entre production de quarkonium et multiplicité de particules chargées est particulièrement pertinente pour mettre en évidence le rôle joué par les mécanismes durs et doux de production de quarkonium. Dans ce contexte, la multiplicité de particules chargées permet d'établir les propriétés de l'événement sous-jacent (y compris le rôle des interactions multi-partoniques), agissant comme un paramètre d'échelle effectif, déterminant l'écart des effets observés à la référence du vide, indépendamment de la taille du système. L'étude de la polarisation de quarkonium, i.e. l'alignement d'un état donné de quarkonium par rapport à un axe choisi, est un autre outil intéressant pour éclairer notre compréhension de la production de quarkonium. ALICE est une expérience installée au LHC (Large Hadron Collider) du CERN, dédiée à l'étude de collisions hadroniques de proton-proton à Pb-Pb, où un milieu chaud et dense peut être créé, nommé le Plasma de Quarks-Gluons (QGP). Cette thèse décrit la mesure des Υ(1S), Υ(2S) et Y(3S) en fonction de la densité de multiplicité de particules chargées dNch/dη, effectuée par l'expérience ALICE du LHC en collisions proton-proton à √s = 13 TeV. Les mésons Y sont mesurés à rapidité avant (2.5 < y < 4) dans le canal de désintégration dimuon, tandis que la multiplicité de particules chargées est mesurée aux rapidités centrales (|η| < 1). Ces deux quantités sont normalisées à leurs valeurs moyennes obtenues dans les événements de biais minimum. L'augmentation observée des taux de production des Y(1S), Y(2S) et Y(3S) en fonction de la multiplicité de particules chargées normalisée est compatible avec une évolution linéaire, compte-tenu des barres d'erreur. Les rapports états excités sur fondamentaux normalisés sont compatibles avec l'unité, compte tenu des barres d'erreur. De même, le double rapport normalisé Y(1S) sur J/ψ , tous deux aux rapidités avant, est compatible avec l'unité pour des multiplicités de particules chargées normalisées au delà de 1. Les mesures sont confrontées à des prédictions de modèles théoriques incorporant des effets d'états initiaux ou finaux. La polarisation du Y(1S) a aussi été mesurée en collisions proton-proton à √s = 13 TeV. Du fait de la taille réduite du lot de données collectées, l'analyse n'a pas pu être menée pour les états Y(2S) et Y(3S). Les paramètres de polarisation λθ, λφ et λθφ ont été extraits pour le Y(1S) en fonction de l'impulsion transverse dans les référentiels de référence de l'hélicité et de Collins-Soper. Aucun écart significatif du scénario de polarisation nulle a été observé pour le Y(1S) en collisions pp, conformément aux prédictions de calculs Next-to-Leading-Order QCD. Ce résultat est en accord avec une mesure effectuée par la collaboration LHCb en collisions pp à √s = 8 TeV dans une région cinématique similaire (2.2<y<4.5)
Production et polarisation de Υ en collisions pp à √s = 13 TeV au LHC du CREN
No full textQuarkonium (e.g. J/ψ or Υ and their excited states), bound states of charm and anticharm (c ̄c) or bottom and antibottom (b ̄b) quarks, represent an effective tool to test our understanding of quantum chromodynamics (QCD), concerning both their production mechanisms in vacuum or vacuum-like hadronic environments, and their interaction with the deconfined medium produced in ultra-relativistic heavy-ion collisions. Among the available tools to characterize quarkonium production in proton-proton collisions, the correlation between quarkonium production and the charged-particle multiplicity is particularly helpful in order to investigate the interplay between soft and hard production mechanisms of quarkonium. In this context, the charged-particle multiplicity allows one to characterize the properties of the underlying event (including the role of multiparton interactions), acting as an effective scaling parameter determining the deviation of the observed effects from the vacuum reference, independently of the collision mode size. Another interesting tool to constrain our understanding of quarkonium production, is the study of quarkonium polarization, i.e. the spin alignment of a given quarkonium state with respect to a chosen axis. ALICE is an experiment at the CERN Large Hadron Collider (LHC), dedicated to the study of hadronic collisions from pp to Pb-Pb, where a hot and dense medium can be created, named quark-gluon plasma. With the Run 2 data taking of the LHC, the highest collision energies ever delivered in the laboratory have become accessible. In this thesis, the measurement of Υ(1S), Υ(2S), and Υ(3S) yields as a function of the charged-particle multiplicity density dNch/dη, using the ALICE experiment at the LHC, is reported in pp collisions at √s = 13 TeV. The Υ meson yields are measured at forward rapidity (2.5 < y < 4) in the dimuon decay channel, whereas the charged-particle multiplicity is defined at central rapidity (|η| < 1). Both quantities are normalized to their average value in minimum bias events. The increase of the self-normalized Υ(1S), Υ(2S), and Υ(3S) yields is found to be compatible with a linear scaling with the self-normalized dNch/dη, within the uncertainties. The measured Υ excited-to-ground state self-normalized yield ratios are found to be compatible with unity within uncertainties. Similarly, the measured double ratio of the self-normalized Υ(1S) to the self-normalized J/ψ yields, both measured at forward rapidity, is compatible with unity for self-normalized charged-particle multiplicity beyond one. The measurements are compared with theoretical predictions incorporating initial or final state effects. The Υ(1S) polarization has been also measured in pp collisions at √s = 13 TeV; the analysis could not be extended to the excited states Υ(2S) and Υ(3S) due to the limited size of the available data sample. The Υ(1S) polarization parameters λθ, λφ and λθφ have been measured as a function of pT both in the Helicity and Collins-Soper reference frames. No significant deviation from a zero-polarization scenario is observed for the Υ(1S) in pp collisions, as expected from the Next-to-Leading-Order QCD calculations. This result is consistent with the measurement performed by LHCb in pp collisions at √s = 8 TeV in a similar kinematic region (2.2 < y < 4.5) within large uncertainties.Les états de quarkonium (e.g. J/ψ or Υ et leurs états excités), états liés de quarks charme et anticharme (c ̄c) ou bottom et antibottom (b ̄b) fournissent un moyen efficace de tester notre compréhension de la chromodynamique quantique (QCD), à la fois en ce qui concerne leurs mécanismes de production dans le vide ou dans des environnements hadroniques de type vide. et leur interaction avec le milieu déconfiné produit en collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Parmi les outils offerts pour caractériser la production de quarkonium en collisions proton-proton, la corrélation entre production de quarkonium et multiplicité de particules chargées est particulièrement pertinente pour mettre en évidence le rôle joué par les mécanismes durs et doux de production de quarkonium. Dans ce contexte, la multiplicité de particules chargées permet d'établir les propriétés de l'événement sous-jacent (y compris le rôle des interactions multi-partoniques), agissant comme un paramètre d'échelle effectif, déterminant l'écart des effets observés à la référence du vide, indépendamment de la taille du système. L'étude de la polarisation de quarkonium, i.e. l'alignement d'un état donné de quarkonium par rapport à un axe choisi, est un autre outil intéressant pour éclairer notre compréhension de la production de quarkonium. ALICE est une expérience installée au LHC (Large Hadron Collider) du CERN, dédiée à l'étude de collisions hadroniques de proton-proton à Pb-Pb, où un milieu chaud et dense peut être créé, nommé le Plasma de Quarks-Gluons (QGP). Cette thèse décrit la mesure des Υ(1S), Υ(2S) et Y(3S) en fonction de la densité de multiplicité de particules chargées dNch/dη, effectuée par l'expérience ALICE du LHC en collisions proton-proton à √s = 13 TeV. Les mésons Y sont mesurés à rapidité avant (2.5 < y < 4) dans le canal de désintégration dimuon, tandis que la multiplicité de particules chargées est mesurée aux rapidités centrales (|η| < 1). Ces deux quantités sont normalisées à leurs valeurs moyennes obtenues dans les événements de biais minimum. L'augmentation observée des taux de production des Y(1S), Y(2S) et Y(3S) en fonction de la multiplicité de particules chargées normalisée est compatible avec une évolution linéaire, compte-tenu des barres d'erreur. Les rapports états excités sur fondamentaux normalisés sont compatibles avec l'unité, compte tenu des barres d'erreur. De même, le double rapport normalisé Y(1S) sur J/ψ , tous deux aux rapidités avant, est compatible avec l'unité pour des multiplicités de particules chargées normalisées au delà de 1. Les mesures sont confrontées à des prédictions de modèles théoriques incorporant des effets d'états initiaux ou finaux. La polarisation du Y(1S) a aussi été mesurée en collisions proton-proton à √s = 13 TeV. Du fait de la taille réduite du lot de données collectées, l'analyse n'a pas pu être menée pour les états Y(2S) et Y(3S). Les paramètres de polarisation λθ, λφ et λθφ ont été extraits pour le Y(1S) en fonction de l'impulsion transverse dans les référentiels de référence de l'hélicité et de Collins-Soper. Aucun écart significatif du scénario de polarisation nulle a été observé pour le Y(1S) en collisions pp, conformément aux prédictions de calculs Next-to-Leading-Order QCD. Ce résultat est en accord avec une mesure effectuée par la collaboration LHCb en collisions pp à √s = 8 TeV dans une région cinématique similaire (2.2<y<4.5)
Production et polarisation de Υ en collisions pp à √s = 13 TeV au LHC du CREN
No full textQuarkonium (e.g. J/ψ or Υ and their excited states), bound states of charm and anticharm (c ̄c) or bottom and antibottom (b ̄b) quarks, represent an effective tool to test our understanding of quantum chromodynamics (QCD), concerning both their production mechanisms in vacuum or vacuum-like hadronic environments, and their interaction with the deconfined medium produced in ultra-relativistic heavy-ion collisions. Among the available tools to characterize quarkonium production in proton-proton collisions, the correlation between quarkonium production and the charged-particle multiplicity is particularly helpful in order to investigate the interplay between soft and hard production mechanisms of quarkonium. In this context, the charged-particle multiplicity allows one to characterize the properties of the underlying event (including the role of multiparton interactions), acting as an effective scaling parameter determining the deviation of the observed effects from the vacuum reference, independently of the collision mode size. Another interesting tool to constrain our understanding of quarkonium production, is the study of quarkonium polarization, i.e. the spin alignment of a given quarkonium state with respect to a chosen axis. ALICE is an experiment at the CERN Large Hadron Collider (LHC), dedicated to the study of hadronic collisions from pp to Pb-Pb, where a hot and dense medium can be created, named quark-gluon plasma. With the Run 2 data taking of the LHC, the highest collision energies ever delivered in the laboratory have become accessible. In this thesis, the measurement of Υ(1S), Υ(2S), and Υ(3S) yields as a function of the charged-particle multiplicity density dNch/dη, using the ALICE experiment at the LHC, is reported in pp collisions at √s = 13 TeV. The Υ meson yields are measured at forward rapidity (2.5 < y < 4) in the dimuon decay channel, whereas the charged-particle multiplicity is defined at central rapidity (|η| < 1). Both quantities are normalized to their average value in minimum bias events. The increase of the self-normalized Υ(1S), Υ(2S), and Υ(3S) yields is found to be compatible with a linear scaling with the self-normalized dNch/dη, within the uncertainties. The measured Υ excited-to-ground state self-normalized yield ratios are found to be compatible with unity within uncertainties. Similarly, the measured double ratio of the self-normalized Υ(1S) to the self-normalized J/ψ yields, both measured at forward rapidity, is compatible with unity for self-normalized charged-particle multiplicity beyond one. The measurements are compared with theoretical predictions incorporating initial or final state effects. The Υ(1S) polarization has been also measured in pp collisions at √s = 13 TeV; the analysis could not be extended to the excited states Υ(2S) and Υ(3S) due to the limited size of the available data sample. The Υ(1S) polarization parameters λθ, λφ and λθφ have been measured as a function of pT both in the Helicity and Collins-Soper reference frames. No significant deviation from a zero-polarization scenario is observed for the Υ(1S) in pp collisions, as expected from the Next-to-Leading-Order QCD calculations. This result is consistent with the measurement performed by LHCb in pp collisions at √s = 8 TeV in a similar kinematic region (2.2 < y < 4.5) within large uncertainties.Les états de quarkonium (e.g. J/ψ or Υ et leurs états excités), états liés de quarks charme et anticharme (c ̄c) ou bottom et antibottom (b ̄b) fournissent un moyen efficace de tester notre compréhension de la chromodynamique quantique (QCD), à la fois en ce qui concerne leurs mécanismes de production dans le vide ou dans des environnements hadroniques de type vide. et leur interaction avec le milieu déconfiné produit en collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Parmi les outils offerts pour caractériser la production de quarkonium en collisions proton-proton, la corrélation entre production de quarkonium et multiplicité de particules chargées est particulièrement pertinente pour mettre en évidence le rôle joué par les mécanismes durs et doux de production de quarkonium. Dans ce contexte, la multiplicité de particules chargées permet d'établir les propriétés de l'événement sous-jacent (y compris le rôle des interactions multi-partoniques), agissant comme un paramètre d'échelle effectif, déterminant l'écart des effets observés à la référence du vide, indépendamment de la taille du système. L'étude de la polarisation de quarkonium, i.e. l'alignement d'un état donné de quarkonium par rapport à un axe choisi, est un autre outil intéressant pour éclairer notre compréhension de la production de quarkonium. ALICE est une expérience installée au LHC (Large Hadron Collider) du CERN, dédiée à l'étude de collisions hadroniques de proton-proton à Pb-Pb, où un milieu chaud et dense peut être créé, nommé le Plasma de Quarks-Gluons (QGP). Cette thèse décrit la mesure des Υ(1S), Υ(2S) et Y(3S) en fonction de la densité de multiplicité de particules chargées dNch/dη, effectuée par l'expérience ALICE du LHC en collisions proton-proton à √s = 13 TeV. Les mésons Y sont mesurés à rapidité avant (2.5 < y < 4) dans le canal de désintégration dimuon, tandis que la multiplicité de particules chargées est mesurée aux rapidités centrales (|η| < 1). Ces deux quantités sont normalisées à leurs valeurs moyennes obtenues dans les événements de biais minimum. L'augmentation observée des taux de production des Y(1S), Y(2S) et Y(3S) en fonction de la multiplicité de particules chargées normalisée est compatible avec une évolution linéaire, compte-tenu des barres d'erreur. Les rapports états excités sur fondamentaux normalisés sont compatibles avec l'unité, compte tenu des barres d'erreur. De même, le double rapport normalisé Y(1S) sur J/ψ , tous deux aux rapidités avant, est compatible avec l'unité pour des multiplicités de particules chargées normalisées au delà de 1. Les mesures sont confrontées à des prédictions de modèles théoriques incorporant des effets d'états initiaux ou finaux. La polarisation du Y(1S) a aussi été mesurée en collisions proton-proton à √s = 13 TeV. Du fait de la taille réduite du lot de données collectées, l'analyse n'a pas pu être menée pour les états Y(2S) et Y(3S). Les paramètres de polarisation λθ, λφ et λθφ ont été extraits pour le Y(1S) en fonction de l'impulsion transverse dans les référentiels de référence de l'hélicité et de Collins-Soper. Aucun écart significatif du scénario de polarisation nulle a été observé pour le Y(1S) en collisions pp, conformément aux prédictions de calculs Next-to-Leading-Order QCD. Ce résultat est en accord avec une mesure effectuée par la collaboration LHCb en collisions pp à √s = 8 TeV dans une région cinématique similaire (2.2<y<4.5)
Etude de la densité de particules chargées et des mésons vecteurs de basses masses en collisions Pb-Pb à sqrt(s)NN = 2.76 TeV dans ALICE au LHC
No full textThe matter is composed of hadrons of which quarks and gluons are the elementary components. These do not exist in a free state in ordinary matter and are therefore permanently confined in hadrons. However, according to theoretical predictions, a few microseconds after the Big Bang, the temperature was high enough to create a deconfined state of quarks and hadrons : the Quark and Gluon Plasma (QGP). The Large Hadron Collider (LHC) at CERN (Geneva) is a particle accelerator which accelerates, among others, ions and produces collisions with energies per nucleons in the center of mass up to several TeraelectronVolts. It is thus possible to achieve temperatures to recreate the QGP phase to study its properties. The experiment ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is dedicated to the study of such ultra-relativistic heavy-ion collisions. The lifetime of the QGP being too low, it is not possible to study it directly. It is then necessary to use indirect observables. This PhD work is directly related to the study of heavy-ion collisions at 2.76 TeV. Two observables are discussed : the density of charged particles per unit of pseudorapidity and low mass vector mesons (rho, omega and phi) in the dimuon channel. The first observable gives access to informations about the initial conditions and the underlying dynamics of particle production mechanisms. The measurement is performed in the largest pseudorapidity range reached at the LHC (10 units) thanks to the development of an original analysis method called " displaced vertex technique ". The technique employed and the results obtained are described in Chapter 3. The study of low mass vector mesons allows to probe the production of strangeness via the phi meson and chiral symmetry through the ! spectral function modification. The analysis was conducted using the ALICE muon spectrometer and the results obtained from the production rate of the phi with respect to rho and omega are shown in Chapter 4. In this chapter, a study on the sensitivity of the detector to the effects related to the chiral symmetry restoration is also conducted.La matière que nous connaissons est composée de hadrons dont les quarks et les gluons sont les composants élémentaires. Ces derniers n'existent pas libres dans la matière ordinaire et sont donc en permanence confinés dans les hadrons. Cependant, d'après les prédictions théoriques, quelques microsecondes après le Big Bang, la température était suffisamment élevée pour que les quarks et les gluons ne soient pas contenus dans les hadrons. Il s'agit d'une phase déconfinée de la matière hadronique appelée Plasma de Quarks et Gluons (QGP). Le Large Hadron Collider (LHC) au CERN (Genève) est un accélérateur de particules permettant d'accélérer, entre autres, des ions et de produire des collisions à des énergies dans le centre de masse par nucléons allant jusqu'à plusieurs TeraélectronVolts. Il est ainsi possible d'atteindre des températures permettant de recréer cette phase de QGP pour en étudier les propriétés. C'est dans ce cadre que se place l'expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiement) qui est dédiée à l'étude des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Le temps de vie du QGP étant trop faible, il n'est pas possible de l'étudier directement. Il est alors nécessaire d'utiliser des observables indirectes. Ce travail de thèse s'inscrit directement dans ce programme de physique par le biais de l'étude des collisions d'ions lourds à 2.76 TeV. Deux observables sont abordées : la densité de particules chargées par unité de pseudorapidité et les mésons vecteurs de basse masse (rho, omega et phi) dans le canal dimuons. La première observable permet d'accéder à des informations sur les conditions initiales et la dynamique sous-jacente des mécanismes de production de particules. La mesure est réalisée sur la gamme en pseudo-rapidité la plus large jamais atteinte au LHC (10 unités) grâce au développement d'une méthode d'analyse originale dite " méthode des vertex déplacés ". La technique employée et les résultats obtenus sont décrits dans le chapitre 3. L'étude des mésons vecteurs de basse masse permet d'accéder à la production d'étrangeté via le méson phi et à la symétrie chirale à travers la modification de la fonction spectrale du rho. L'analyse a été menée à l'aide du spectromètre à muons d'ALICE et les résultats obtenus sur le taux de production du méson phi par rapport au mésons rho et omega sont présentés dans le chapitre 4. Dans ce chapitre, une étude sur la sensibilité du détecteur aux effets liés à la restauration de la symétrie chirale est aussi menée
Étude de la production de méson neutre léger dans la voie de désintégration dimuonique en collision proton-proton à sqrt(s) = 13 TeV en rapidité vers l'avant dans ALICE au LHC du CERN
No full textThe ordinary matter surrounding us is made of hadrons which in turn are composed of quarks and gluons. These latter are elementary constituents which cannot be observed in a free state. However it is at present recognized that this matter confined within hadrons can undergo, under extreme conditions of high temperature and/or highnet baryonic density, a transition to a state of deconfined quarks and gluons whichcalled quark gluon plasma. The conditions required to form this quark gluon plasma can be experimentallyachieved using a machine capable of colliding nuclei at very high energies: this is particularly the case at CERN where is located the world’s largest and most powerful particle accelerator, the Large Hadron Collider, which collided Pb ions at a center-of-mass energy of 2.76 to 5.02 TeV per nucleon pair and protons of 0.9 to 13 TeV. Pb-Pb collisionssuch relativistic energies definitely allow for the suitable density conditions to form the quark gluon plasma phase. This thesis work contributes to this physics program by studying the production of neutral light mesons in collisions of proton-proton at 13 TeV, which provides the necessary reference to understand further observations done in Pb-Pb collisions. This study has been performed in the dimuon decay channel by analyzing the dimuon invariant mass spectrum in the region of masses lower than 1.5 GeV/c2 , giving accessthe measurement of the cross sections of eta, rho/omega and phi mesonsLa matière qui nous entoure est formé de hadrons, eux-même constitués de quarks et de gluons. Ces derniers sont des composants élémentaires qui n'existent pas sous forme libre. Cependant nous savons à l'heure actuelle que la matière confinée dans des hadrons peut, dans des conditions de haute température et/ou de haute densité baryonique, se retrouver sous une forme déconfinée de plasma de quarks et de gluons. Pour réaliser expérimentalement les conditions permettant de former ce plasma de quarks et de gluons, nous avons besoin d'une machine capable de faire entrer en collision des noyaux à des énergies très élevées: cela est notamment possible au CERN, où se situe le plus grand accélérateur de particules du monde, le Large Hadron Collider, qui a permis de faire entrer en collisions des noyaux de plomb à une énergie par paire de nucléons de 2.76 et 5.02TeV, et des protons à des énergies allant de 0.9 à 13TeV. Les collisions entre noyaux de plomb permettent, en particulier, d'atteindre les conditions de densité d'énergie nécessaires à la formation de la phase de plasma de quarks et de gluons. Ce travail de thèse contribue à ce programme de physique par l'étude de la production de mésons neutres légers en collisions proton-proton à 13TeV, référence nécessaire pour comprendre les observations en collisions plomb-plomb. L'étude des mésons neutres légers a été menée dans le canal dimuonique par l'analyse du spectre de masse invariante des dimuons de masse inférieure à 1.5 GeV/c², permettant notamment de mesurer les sections efficaces des mésons eta, rho/omega et ph
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