Multi-strange baryon production at the LHC in proton-proton collisions with the ALICE experiment

Production des baryons multi-étranges au LHC dans les collisions proton-proton avec l'expérience ALICE

Antonin Maire (1)

1 groupe ALICE

Strange quarks define a valuable probe for the understanding of quantum chromodynamics. The present PhD work falls within this scope; it deals with the study of multi-strange baryons Ξ- (dss) and Ω- (sss) in proton-proton (pp) collisions at the LHC. The analyses make use of the ALICE experiment and are performed at central rapidities (y ≈ 0) and low transverse momentum (pT < 8,5 GeV/c). The production rates per event of these baryons are drawn from the measurement of differential spectra as a function of the hyperon momentum, d²N / dpTdy = f(pT). At √s = 0.9 TeV, the production for ( Ξ- + Ξ+ ) in the inelastic pp interactions is derived from a small statistics of events. At √s = 7 TeV, the large quantity of available data allows the measurement of production rates for each of the four species : Ξ-, Ξ+, Ω- and Ω+. At both energies, experimental data spectra are compared to spectra as produced by different benchmark phenomenological models (Pythia and Phojet). The comparison shows an unequivocal underestimate of the spectra by the Monte Carlo generators in their current versions (up to a factor ~4 for Ξ, ~15 for Ω). Furthermore, an analysis of azimuthal correlations (Ξ± - h±) is led at intermediate pT (2 < pT < 5 GeV/c) for the pp data at √s = 7 TeV. These correlations indicate that, when the momentum of Ξ± rises, the emission of the latter is preferentially done in correlation with jets.

Les quarks étranges constituent une sonde importante pour la compréhension de la chromodynamique quantique. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette perspective ; il porte sur l'étude des baryons multi-étranges Ξ- (dss) et Ω- (sss) dans les collisions proton-proton (pp) au LHC. Les analyses sont menées auprès de l'expérience ALICE et concernent les rapidités centrales (y ≈ 0) et basses impulsions transverses (pT < 8,5 GeV/c). Les taux de production par événement de ces baryons sont établis à partir de la mesure de spectres différentiels fonction de l'impulsion des hypérons, d²N/dpTdy = f(pT). À √s = 0.9 TeV, la production des (Ξ- + Ξ+) dans les interactions inélastiques pp est extraite à partir d'une faible statistique d'événements. À √s = 7 TeV, la grande statistique de données permet la mesure des taux de production pour chacune des quatre espèces : Ξ-, Ξ+, Ω- et Ω+. Aux deux énergies, les spectres des données réelles sont comparés avec les spectres générés par différents modèles phénoménologiques de référence (PYTHIA et PHOJET). La comparaison montre une sous-estimation univoque des spectres par les générateurs Monte Carlo (jusqu'à un facteur ~4 pour les Ξ, ~15 pour les Ω). Une analyse de corrélations azimutales (Ξ± - h±) est par ailleurs conduite aux pT intermédiaires (2 < pT < 5 GeV/c) dans les données pp à √s = 7 TeV. Ces corrélations montrent que, lorsque l'impulsion des Ξ± augmente, l'émission de ceux-ci se fait préférentiellement en corrélation avec des jets.

Mots clés: quark gluon plasma; quantum chromodynamics; multi-strange baryons; proton-proton collisions; production rate; angular correlations

Mots clés: plasma de quarks et de gluons; chromodynamique quantique; baryons multi-étranges; collisions proton-proton; LHC; ALICE; taux de production; corrélations angulaires

Domaines: Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]; Physique des Hautes Energies - Phénoménologie [hep-ph]

Antonin Maire. Production des baryons multi-étranges au LHC dans les collisions proton-proton avec l'expérience ALICE. Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]. Université de Strasbourg, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00746248v1⟩