Physique hadronique ALICE

La collaboration internationale ALICE (“A Large Ion Collider Experiment “), dont est membre le groupe de recherche éponyme de l’IP2I de Lyon, a l’ambition d’étudier la matière nucléaire dans un état de température extrêmement haute, où s’opère le déconfinement des hadrons (dont les protons et neutrons) en plasma de quarks et gluons.

La matière est faite d’atomes, eux-mêmes constitués d’électrons entourant un noyau de protons et de neutrons, ces derniers étant formés de quarks, liés par les gluons. Aucun quark ou gluon n’a jamais été observé isolément :  ils semblent être liés entre eux de manière permanente et confinés dans des particules composites. A des températures 100000 fois supérieures à celles qui règnent au centre du Soleil, ils se déconfinent pour former un plasma, qui aurait existé quelques micro-secondes après le Big Bang. Ce plasma est prédit par la théorie fondamentale de l’interaction forte, la Chromodynamique Quantique (QCD), et son étude permet de comprendre l’organisation ultime de la matière soumise à l’interaction forte et les tous premiers instants de l’univers.

Le LHC fait entrer en collision des ions plomb pour recréer des conditions similaires à celles qui prévalaient immédiatement après le Big Bang et former ce plasma de quark et de gluons. Pour cette étude qui relève de l’infiniment petit, un énorme détecteur a été construit au LHC. Il est capable de mesurer les particules émises par le plasma alors que celui-ci se dilate et se refroidit.

Notre groupe a pris part à cette construction et à l’obtention de résultats majeurs dans ce domaine de physique.

Les activités du groupe ALICE de l’IP2I de Lyon comportent deux volets :

• l’analyse de données collectées en collisions proton-proton, proton-noyau et noyau-noyau au LHC du CERN
• la participation à la construction et l’opération du trajectographe de vertex vers l’avant, le Muon Forward Tracker

Analyse de données collectées en collisions proton-proton, proton-noyau et noyau-noyau au LHC du CERN

Les analyses de physique de l’expérience ALICE menées dans les groupe de Lyon couvrent des sujets très variés, allant du secteur des quark légers u, d, s avec l’étude de la production vers l’avant des mésons vecteurs de basses masses et dans le canal de désintégration dimuonique, au secteur des quarks lourds c et b, avec l’étude de la production des états de quarkonium des familles et . Ce travail d’analyse a déjà permis d’obtenir un certain nombre de résultats remarquables, notamment par l’étude des phénomènes collectifs caractérisant l’évolution des mésons et , à savoir l’apparition de corrélations cinématiques entre le méson et les hadrons légers en collisions proton-Pb de haute multiplicité, et l’observation de flot elliptique du méson (1S) compatible avec zéro en collisions Pb-Pb (comportement différent de toutes les autres particules étudiées).

Participation à la construction et l’opération du trajectographe de vertex vers l’avant, le Muon Forward Tracker

Le groupe est aussi responsable de la construction et l’opération du trajectographe de vertex vers l’avant, le Muon Forward Tracker (MFT), l’une des premières applications en physique des hautes énergie de la technologie de capteurs en pixels de silicium CMOS. Le MFT, intégré au détecteur ALICE à compter du Run3 du LHC (2021), est conçu pour permettre une mesure de précision des détails de la région du vertex pour les particules produites vers l’avant, notamment les muons dont on pourra étudier les différentes topologies et processus de production.