Mesure de la section efficace totale proton-proton avec le détecteur ATLAS au LHC

Measurement of the total proton-proton cross section with ATLAS at LHC

• Auteur / Autrice : Samah Abdel khalek
• Direction : Patrick Puzo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des hautes énergies
• Date : Soutenance le 28/11/2013
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'accélérateur linéaire (Orsay, Essonne ; 1969-2019) - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire
• Jury : Président / Présidente : Achille Stocchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Puzo, Achille Stocchi, Christophe Royon, Corinne Augier, Vit Vorobel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Royon, Corinne Augier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Accélérateurs de protons

Interactions proton-proton

Mots clés libres

Section efficace totale

Proton

Luminosité

Total cross section

Proton

Luminosity

Résumé

Celà fait maintenant presque 50 ans qu'on a découvert que la section efficace totale proton-proton augmentait avec l’énergie, alors qu'on pensait précédemment qu'elle deviendrait asymptotiquement constante. Les incertitudes des mesures sur les rayons cosmiques effectuées à haute énergie ne permettent pas de déterminer la forme exacte de l'augmentation de la section efficace avec l’énergie.Le LHC au CERN à Genève fournit des collisions avec une énergie jamais atteinte dans un accélérateur de particule. L’énergie dans le centre de masse était 7 TeV en 2010 – 2011, 8 TeV en 2012 et atteindra 14 TeV dans un futur proche. Le détecteur ATLAS installé sur un des quatre points d'interaction du LHC, est utilisé pour collecter le résultat des collisions proton-proton. Son sous-détecteur ALFA, situé à 240 m du point d'interaction, est utilisé pour détecter les proton résultant des collisions élastiques. ALFA est donc capable, dans certaines conditions particulières de l'optique, de mesurer la section efficace totale et la pente nucléaire.Le travail effectué durant cette thèse a permit de mesurer σtot = 94.88 ± 0.12 stat ± 1.56syst mb et b = 19.45 ± 0.05stat ± 0.31syst GeV-2 à 7 TeV.

It is now nearly fifty years since total proton-proton (pp) cross sections have been found to grow with energy after it was believed for long time that they would become asymptotically constant . The uncertainties of the cosmic ray data, at high energy, do not allow to determine the exact growth with energy of the total cross section .The Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva has already delivered collisions with an energy never reached in a particle accelerator. The energy in the center of mass was 7 TeV (2010 – 2011) or 8 TeV (2012) and will ultimately reached 14 TeV in the near future. Thus, this will provide a good environment for a new precise measurement of the total pp cross section at this energy.The ATLAS detector installed in one of the four LHC interaction points is used to collect the result of the pp collisions. Its sub-detector ALFA located 240 m from the interaction point, is used to track protons resulting from elastic collisions.Therefore, within special beam optics conditions, ALFA is able to measure the total cross section and the nuclear slope. During this PhD the analysis performed on the first data led to σtot = 94.88 ± 0.12 stat ± 1.56syst mb and b = 19.45 ± 0.05stat ± 0.31syst GeV-2 at 7 TeV.