Production inclusive de J/ψ en collisions pp et Pb-Pb à rapidité vers l'avant à √sNN = 5.02 TeV avec l'expérience ALICE au LHC

Inclusive J/ψ production in pp and Pb-Pb collisions at forward rapidity at √sNN = 5.02 TeV in ALICE at the LHC

• Auteur / Autrice : Chun Lu Huang
• Direction : Cynthia Hadjidakis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique hadronique
• Date : Soutenance le 19/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Rosnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cvetan Cheskov, Burkhard Schmidt, Alberto Baldisseri, Elena Ferreiro, Laure Massacrier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cvetan Cheskov, Burkhard Schmidt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions d'ions lourds

Plasma quark-gluon

Grand collisionneur de hadrons

Interactions hadron-hadron

Mots clés libres

J/ψ

Collisions hadroniques

Collisions d’ions lourds

Plasma de quarks et de gluons

ALICE

LHC

J/ψ

Hadron-Hadron collisions

Heavy-Ion collisions

Quark-Gluon plasma

ALICE

LHC

Résumé

Les collisions hadroniques de haute énergie sont considérés comme un outil précieux pour comprendre les mécanismes de production avec l’aide de la théorie de la chromodynamique quantique (QCD). À très haute température et/ou densité, la matière ordinaire subit une transition de phase, prédite par la QCD, et atteint une nouvelle phase de matière pour laquelle les quarks et les gluons sont confinés. Cette nouvelle phase de matière de la QCD est appelée le plasma de quarks et de gluons (PQG). En laboratoire, les collisions d’ions lourds ultra-relativistes sont utilisées pour atteindre les conditions de temperature et de densité pour recréer le PQG. Pour sonder et caractériser les propriétés du PQG, beaucoup d’observables ont été proposées. En particulier, la production de charmonia, constituée d’une paire de quark et d’anti-quark charmés, est une des sondes proposés car la paire ccbar est produite au stade initial de la collision et peut traverser et interagir avec le milieu formé chaud et dense. De plus, la production de charmonia implique des échelles d’énergie dure et molle et permet d’étudier à la fois des aspects de la QCD perturbative et non perturbative. Dans ce document, les productions inclusives de J/psi à rapidité vers l’avant en collisions pp et Pb-Pb mesurées à snn = 5.02 TeV avec l’expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) sont présentées. Les mesures sont effectuées dans le canal de désintégration du J/psi en dimuon avec le spectromètre à muon d’ALICE. L’échantillon de données de haute statistique pp ainsi que l’ensemble des données Pb-Pb du Run 2 du LHC sont analysés et ces données permettent d’obtenir des résultats plus précis que les données précédemment publiées. La section efficace de production de J/psi en collisions pp qui sert de référence aux mesures en collisions Pb-Pb est présentée en fonction de l’impulsion transverse (pT) et de la rapidité (y). Le facteur de modification nucléaire du J/psi, défini comme le rapport entre le taux de J/psi en collisions Pb-Pb et la section efficace pp, normalisée par la fonction de recoupement nucléaire, est exposé en fonction de pT. Ces mesures étendent le domaine en pt des précédentes mesures jusqu’à 20 GeV/c. La section efficace de production de J/psi mesurée en collisions pp est comparé aux différents calculs théoriques basés sur les modèles NRQCD (non-relativistic QCD) et CEM (colour evaporation model). En collisions Pb-Pb, une comparaison entre les mesures du factor de modification nucléaire du J/psi et les calculs théoriques basés sur des modèles de transport et statistique sont présentés.

High-energy hadron-hadron collisions are considered as a useful tool which helps us to understand particle production mechanisms with the help of the Quantum Chromodynamics (QCD) theory. At extremely high temperature and/or high density, ordinary matter undergoes a phase transition, predicted by QCD, and reaches a new phase of matter in which quarks and gluons are deconfined. This new phase of QCD matter is called quark-gluon plasma (QGP). In laboratory, ultra-relativistic heavy-ion collisions are used to satisfy the temperature and density condition in order to recreate the QGP. To probe and characterize the QGP properties, many observables have been proposed. In particular, charmonium, made of a pair of charm and anticharm quarks, is one of the proposed probes because the ccbar are produced at the initial stage of the heavy-ion collision and can cross and interact with the hot and dense formed medium. Besides, charmonium production involves hard and soft energy scales and therefore provides an opportunity to study both perturbative and non-perturbative aspects of the QCD. In this manuscript, we report on inclusive J/psi production at forward rapidity in pp and Pb-Pb collisions measured at snn = 5.02 TeV in A Large Ion Collider Experiment (ALICE) at the LHC. The measurements are performed in the J/psi dimuon decay channel with the muon spectrometer. The high-statistic pp data sample and the full Pb-Pb data sample of the LHC Run 2 period are analyzed and those datasets permit to obtain more precise results than the earlier published results. The J/psi production cross section in pp collisions that serves as a reference for the measurements in Pb-Pb collisions is presented as a function of the transverse momentum (pT) and of the rapidity (y). The J/psi nuclear modification factor, defined as the ratio of the yield in Pb-Pb collisions to the cross section in pp collisions scaled by the nuclear overlap function, is shown as a function of pT. The measurements are extended in pT, with respect to previous results, up to 20 GeV/c. The J/psi production cross section measured in pp collisions is compared to different theoretical calculations based on non-relativistic QCD (NRQCD) model and on colour evaporation model (CEM). In Pb-Pb collisions, a comparison between the measured J/psi nuclear modification factor and the theoretical calculations based on transport and on statistical model is presented.