Journes de Rencontres Jeunes Chercheurs 2007 Introduction session

Journées de Rencontres Jeunes Chercheurs 2007 Introduction session Interactions Fortes Magali Estienne Lundi 10 décembre 2007 JRJC-2007 Dinard

I-Les fondements 2

Idées générales sur l’interaction forte • QED : photons porteurs de l’interaction (pas de charge de couleur) • QCD : gluons porteurs de l’interaction (une charge de couleur) => autorise l’interaction entre gluons => influence la dépendance de la constante de couplage de l’interaction avec l’impulsion échangée entre particules a. QCD(Q 2) Constantes de couplage : , Q 2>>L 2 , Q 2>>m 2 Q 2 , a. QED Q 2 , r , a. QCD 0 Liberté asymptotique Politzer, Gross, 1973 Quarks libres. Wilczek de se et mouvoir à l’échelle des hadrons : déconfinement M. Estienne – 15 novembre 2006 Groupe ALICE - IPHC 3

A l’origine du plasma … ”Our basic picture then is that matter at densities higher than nuclear consists of a quark soup. The quarks become free at sufficiently high density. A specific realization is an asymptotically free field theory. . . ” • Cœur des étoiles à neutrons • 10 -6, 10 -5 s après le big-bang ME – 10 décembre 2007 JRJC 2007 -Dinard Intro session Interactions Fortes 4

Diagramme des phases T (Me. V) 170 Univers primordial Plasma de Quarks et Gluons Point critique CROSS OVER Gaz hadronique 1 er ordre CROS S OV Matière nucléaire Supraconductivité de couleur Etoiles à neutrons 1200 Les hadrons se recouvrent Les quarks ne peuvent plus identifier « leur hadron » Les concepts de hadron et confinement n’ont plus de sens Il y a une transition vers un état de matière différent ME – 10 décembre 2007 JRJC 2007 -Dinard ER m. B (Me. V) Intro session Interactions Fortes 5

Caractériser la transition – QCD sur réseau Karsch : hep-lat/0601013 Benjamin H. m. B=0 Rapide croissance de la pression/densité d’énergie en fonction de T – A Tc ~ 270 Me. V, s’il n’y a que des gluons (pure gauge) – A Tc ~ 150 – 170 Me. V, selon le nombre de quarks légers et leur saveur, et ec = 0, 7 0, 3 Ge. V/fm 3 Pour T > (2 – 3)Tc : déviation d’un gaz de Stephan-Boltzmann ME – 10 décembre 2007 JRJC 2007 -Dinard Intro session Interactions Fortes 6

Diagramme des phases T (Me. V) 170 Univers primordial Plasma de Quarks et Gluons Point critique CROSS OVER Gaz hadronique 1 er ordre CROS S OV Matière nucléaire Supraconductivité de couleur Etoiles à neutrons 1200 ME – 10 décembre 2007 JRJC 2007 -Dinard ER m. B (Me. V) Intro session Interactions Fortes 7

Scénario de la collision 0 fm/c T (fm/c) Etat initial t 0 ~? fm/c Pré-équilibre Guillaume B. ~7+ fm/c 2 fm/c Equilibration Thermalisation Dd. L Partonique PQG ? Au Au Expansion du fluide Interaction entre hadrons Mickael T. Sarah P. Gel chimique • t = 0+, création d’un gaz dense de particules temps Gel cinétique • t = t 0, libre parcours moyen l << dimensions caractéristiques du système Þ Thermalisation du système à lamettre température T 0. Notre objectif pour en évidence Þ Formation du Plasma de Quarks et de Gluons le PQG : - Trouver des sondes intéressantes • expansion du fluide =>comment l’hadronisation se produit - Comparer évoluent ces sondes dans les collisions type p+p: par rapport à leur • Gel chimique, arrêtélémentaires des interactionsde inélastiques évolution dans un système plus complexe Pb+Pb Þ Composition en hadrons figée • Gel cinétique, arrêt des interactions élastiques entre hadrons Þ Propriétés cinématiques des particules figées ME – 10 décembre 2007 JRJC 2007 -Dinard Intro session Interactions Fortes 8

II-Des collisions élémentaires p+p aux collisions d’ions lourds 9

Processus d’ hadronisation dans le vide Initial Final Fonction de distribution de partons Section efficace d’interaction parton-parton Fonction de fragmentation Fragmentation Jet c a Processus dur p. A b d ME – 10 décembre 2007 JRJC 2007 -Dinard p. B Intro session Interactions Fortes 10

A+A une simple superposition de Initial p+p ? Final p+p A+A ME – 10 décembre 2007 JRJC 2007 -Dinard Intro session Interactions Fortes 11

1 er défi : théorique Initial Final Fonction de distribution de partons Section efficace d’interaction parton-parton Fonction de fragmentation Intrinsic k. T, Effet Cronin Modification PDF Perte d’énergie au niveau partonique (shadowing) A p ME – 10 décembre 2007 JRJC 2007 -Dinard Intro session Interactions Fortes 12

Collisions d’ions lourds (Ultra-) relativistic depuis 30 ans Augmentation très importante de l’énergie de faisceau BEVALAC (LBL) Fix target 1975 -1986 s < 2 Ge. V 2 experiments ~ 100 physicists AGS (BNL) Fix target 1986 -1998 s < 5 Ge. V 4 experiments ~ 400 physicists ME – 10 décembre 2007 SIS (GSI) Fix target 1989 s < 2. 7 Ge. V 4 experiments ~ 200 physicists FAIR (GSI) Fix target 2013 s < 9 Ge. V 1 experiment ~ 200 physicists LHC (CERN) collider 2007 -2008 s < 5500 Ge. V 1 experiment ~ 1000 physicists RHIC (BNL) Collider p+p, d+Au, Au+Au, Cu+Cu 2000 s < 200 Ge. V 4 experiments ~ 1000 physicists JRJC 2007 -Dinard SPS (CERN) Fix target 1986 -2003 s < 20 Ge. V 7 experiments ~ 600 physicists Intro session Interactions Fortes 13

Diagramme et expériences LHC NICOLAS L. ALEXANDRE S. RHIC SPS FA CHRISTINA D. IR AGS SIS E increases => m. B diminishes 14

La manifestation expérimentale 15

Détermination de la centralité spectateurs b participants • Centralité caractérisée par : – Npart, Nwounded: nombre de nucléons qui subissent au moins une collision nucléon-nucléon inélastique – Ncoll, Nbin: nombre de collisions nucléon-nucléon inélastiques 16

2ème défi… STAR ALICE p+p@200 Ge. V Pb+Pb@5. 5 Te. V Au+Au@130 Ge. V … expérimental 17

III- Place aux jeunes ! Quelques modèles (lundi) Saturation en QCD et conditions initiales – Guillaume B. Modèle de hadronisation – NJL – Mickael T. Modèle de hadronisation – EPOS – Sarah P. Le charme… une sonde du QGP (mercredi) La problématique des saveurs en QCD sur réseau – Benjamin H. STAR/RHIC – Mesure de Xsection – Alexandre S. ALICE/LHC – La trajectographie du spectromètre à muons - Nicolas L. CBM/FAIR – La transition de phase Christina D. 18