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
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
Résumé
The 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.