Performance of the ALICE muon spectrometer.
Weak boson production and measurement in heavy-ion collisions at LHC.
Performance du spectromètre à muons d'ALICE.
Production et mesure des bosons faibles dans des collisions d'ions lourds auprès du LHC.
Résumé
Lattice QCD predicts a transition from a hadronic phase to a Quark Gluon Plasma phase, QGP, for temperatures above 10^{13} K. Heavy-ion collisions are proposed to recreate it in the laboratory. With such a purpose, the LHC will provide Pb-Pb collisions at 5.5 TeV/u, and the ALICE experiment will permit to explore them. In particular, the ALICE muon spectrometer will permit to investigate the muon related probes (quarkonia, open beauty,...). The expected apparatus performances to measure muons and dimuons are discussed. A factorization technique is employed to unravel the different contributions to the global efficiency. Results indicate that the detector should be able to measure muons up to pt~100 GeV/c with a resolution of about 10%. We show that weak bosons production could be measured for the first time in heavy-ion collisions. Single muon pt and dimuons invariant mass distributions will probe W and Z production. As mainly muons from b- and c-quarks decays will populate the intermediate-pt of 5-25 GeV/c, heavy quark in-medium energy loss calculations indicate that the single muon spectra would be suppressed by a factor 2-4 in the most central 0-10% Pb-Pb collisions at 5.5 TeV. However, for pt > 35 GeV/c the weak boson decays are predominant, and no suppression is expected. Estimations indicate that the b- and W-muons crossing point shifts down in transverse momenta by 5 to 7 GeV/c in the most central 0-10% Pb-Pb collisions at 5.5 TeV.
La QCD sur réseau prédit la transition d'une phase hadronique vers le Plasma de Quarks et Gluons (PQG) pour des températures au-dessus de 10^{13} K. Pour le recréer en laboratoire, des collisions d'ions lourds ont été proposées. Dans cette optique, le LHC produira des collisions Pb-Pb à 5.5 TeV/u, qui seront étudiées notamment auprès de l'expérience ALICE. En particulier, son spectromètre à muons permettra d'examiner les sondes muoniques (quarkonia, beauté ouverte, ...). Les performances attendues de ce dispositif pour mesurer des muons et des dimuons sont ici discutées. Des techniques de factorisation sont employées pour différencier les contributions à l'efficacité globale. Les résultats indiquent que le détecteur devrait être capable de mesurer des muons jusqu'à pt~100 GeV/c avec une résolution proche de 10%. On montre que la production des bosons faibles pourra être mesurée pour la première fois dans des collisions d'ions lourds. Les distributions de muons simples en pt et de la masse invariante des dimuons sonderont le W et le Z. Comme les muons issus des décroissances de quarks b et c peupleront principalement le domaine intermédiare en pt de 5-25 GeV/c, les calculs de perte d'énergie des quarks lourds dans le milieu indiquent que le spectre devrait être supprimé d'un facteur 2-4 dans les collisions Pb-Pb les plus centrales 0-10% à 5.5 TeV. Néanmoins, pour pt > 35 GeV/c la production des bosons faibles predomine, et aucune suppression n'est attendue. Des estimations indiquent que le point de croisement entre des muons issus de b et de W diminuera en pt de 5 à 7 GeV/c dans les collisions Pb-Pb les plus centrales 0-10% à 5.5 TeV.
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