Linteraction forte Forte basse nergie l Responsable de
L’interaction forte Forte à basse énergie l Responsable de la cohésion nucléaire l l … de la cohésion des protons et des neutrons l l Colle les protons et les neutrons dans les noyaux Confine les quarks dans les hadrons par multitude de gluons … et de 99% de notre masse Faible à haute énergie l l 28/02/2021 Liberté asymptotique Déconfinement Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Le plasma de quarks et de gluons (PQG) Prédiction de l’interaction forte (chromo-dynamique quantique) Si nous chauffons (ou comprimons) des noyaux, les quarks et les gluons se libèrent et forment une soupe, un plasma… l Déconfinement… l Similaire à la fonte de la glace à 100°C l Mais Tc ~ 1013 °C = 10000 fois le soleil Où trouver ce plasma ? l l l 28/02/2021 Exemple de prédiction Densité d ’énergie vs température Au coeur de certaines étoiles ? Au début de l’univers ? l Premières microsecondes du big bang l Collision de noyaux lourds Le créer dans un laboratoire ? F. Karsch et Projet présentation générique de phenix au LLR al. Raphaël Gd. C
Une machine à PQG Relativistic Heavy Ion Collider À Brookhaven, près de New York Anneau de 2, 4 miles Accélère des noyaux d’or jusqu’à 200 Ge. V par paire de nucléons Mise en service : 2000 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
PHENIX, un détecteur de PQG Contribution du laboratoire l l l 550 physiciens, 62 instituts, 13 pays 28/02/2021 5 permanents 2 thèses 1000 cartes électroniques Quinzaine de sous détecteurs Deux spectros à muons vers l’avant Deux spectros centraux (e, pi, K, …) Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Travail de détective Le PQG dure ~ 10 -23 s Trouver des traces de son apparition évanescente… Plusieurs observables, dont une particulièrement étudiée au labo : l l 28/02/2021 La suppression du J/psi Les paires ccbar produites se dissolvent dans le plasma plutôt que de former un état lié J/psi © Premier indice vu par l’expérience NA 50 (CERN) à 19 Ge. V/nucléons Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Résultats & calendrier Pour les J/psi l l Collisions Au. Au et Cu. Cu en cours d’analyse (deux thèses au labo) Collisions d. Au et pp publiées l Références : pas d’effets nucléaires froids dramatiques Autres observables l Indices forts de l’apparition du PQG par suppression des particules de grandes impulsions transverses… Couverture Physical Review Letters, Août 2004, par les 4 expériences de RHIC 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
C’est tout ! Le reste, ce sont des restes d’une autre présentation qui pourrait nous inspirer 28/02/2021
PHENIX, une expérience en fonctionnement et éloignée Ou comment insérer un petit projet dans un grand ? 28/02/2021
Avertissement Un exemple d’insertion tardive d’équipes (françaises) dans une expérience existante, quasi terminée, et éloignée (aux États-Unis) De l’opportunisme et de la chance 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Au programme… L’objectif physique l Le plasma de quarks et de gluons… Le collisionneur RHIX et l’expérience PHENIX l Coût, personnel, calendrier Insertion d’un projet dans un contexte international et lointain l Une contribution technique : 1000 cartes d’électronique l Coût « humain » : frais de missions, de téléphone… l Contributions logicielles : implication du centre de calcul l Nos « récompenses » 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Plongeons dans la matière… 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Le confinement Dans les conditions normales : Les quarks sont collés ensemble par une multitude de gluons… l Impossible d’observer des quarks ou des gluons isolés… l Seuls édifices possibles : l trois quarks l quark + antiquark (+ gluons non représentés) l 28/02/2021 U U U D pion D D D neutron Projet présentation générique de phenix au LLR U proton Raphaël Gd. C
Le plasma de quarks et de gluons (ou déconfinement) U D D D U D U D U U U D (vision simple) 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Où l’observer ? Au coeur de certaines étoiles ? Au début de l’univers l Pendant les premières microsecondes du big bang Au laboratoire ? En faisant entrer en collision noyaux lourds l Temps de vie ~ 10 -23 s l 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR des Raphaël Gd. C
L’outil : les collisions d’ions lourds à haute énergie ! © RQMD authentique simulation théorique 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Comment espérer le voir ? Plusieurs recettes sur le marché ! l C Ma préférée : Suppression du J/ l l l J/ Peu de paires de quarks charm + anticharm U créées dans la collision D U Tendance à rester ensemble U U pour former la particule J/ D D U C Mais pourrait fondre D D C U U dans un plasma de quarks D U et de gluons ? U D 28/02/2021 C Projet présentation générique de phenix au LLR D Raphaël Gd. C
Déjà vu par NA 50 au CERN ! © Expérience NA 50 (CERN) Mais pas de consensus Le refaire à + haute énergie… > 6 Ge. V/fm 3 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
PHENIX, le calendrier 1990 : Lettre d’intention pour nombreuses petites expériences au RHIC 1992 : Conceptual Design Report de PHENIX l l Pioneering High Energy Nuclear Interaction e. Xperiment Renaît des cendres de 4 des petites expériences … phase de construction … 2000 : premières données 2002 (14 jan) couverture Physical Review Letters 2004 : rédaction d’un plan de physique à 10 ans 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
PHENIX, dans le monde Brazil China University of São Paulo, São Paulo Academia Sinica, Taipei, Taiwan China Institute of Atomic Energy, Beijing Peking University, Beijing France LPC, University de Clermont-Ferrand, Clermont-Ferrand Dapnia, CEA Saclay, Gif-sur-Yvette IPN-Orsay, Universite Paris Sud, CNRS-IN 2 P 3, Orsay LLR, Ecòle Polytechnique, CNRS-IN 2 P 3, Palaiseau SUBATECH, Ecòle des Mines at Nantes, Nantes Germany University of Münster, Münster Hungary Central Research Institute for Physics (KFKI), Budapest Debrecen University, Debrecen Eötvös Loránd University (ELTE), Budapest India Banaras Hindu University, Banaras Bhabha Atomic Research Centre, Bombay Israel Weizmann Institute, Rehovot Japan Center for Nuclear Study, University of Tokyo, Tokyo Hiroshima University, Higashi-Hiroshima KEK, Institute for High Energy Physics, Tsukuba Kyoto University, Kyoto Nagasaki Institute of Applied Science, Nagasaki RIKEN, Institute for Physical and Chemical Research, Wako RIKEN-BNL Research Center, Upton, NY Rikkyo University, Tokyo, Japan Tokyo Institute of Technology, Tokyo University of Tsukuba, Tsukuba Waseda University, Tokyo S. Korea Cyclotron Application Laboratory, KAERI, Seoul Kangnung National University, Kangnung Korea University, Seoul Myong Ji University, Yongin City System Electronics Laboratory, Seoul Nat. University, Seoul Yonsei University, Seoul Russia Institute of High Energy Physics, Protovino Joint Institute for Nuclear Research, Dubna Kurchatov Institute, Moscow PNPI, St. Petersburg Nuclear Physics Institute, St. Petersburg State Technical University, St. Petersburg Sweden Lund University, Lund 12 Countries; 58 Institutions; 480 Participants* *as of January 28/02/2021 USA Abilene Christian University, Abilene, TX Brookhaven National Laboratory, Upton, NY University of California - Riverside, CA University of Colorado, Boulder, CO Columbia University, Nevis Laboratories, Irvington, NY Florida State University, Tallahassee, FL Florida Technical University, Melbourne, FL Georgia State University, Atlanta, GA University of Illinois Urbana Champaign, Urbana-Champaign, IL Iowa State University and Ames Laboratory, Ames, IA Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA University of New Mexico, Albuquerque, NM New Mexico State University, Las Cruces, NM Dept. of Chemistry, Stony Brook Univ. , Stony Brook, NY Dept. Phys. and Astronomy, Stony Brook Univ. , Stony Brook, NY Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN 2004 University of Tennessee, Knoxville, TN Vanderbilt University, Nashville, TN Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
PHENIX, le coût Prévisionnel en 1993 ~ 50 M$ 32. 6 M$ Manque de financement Parties retardées 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
PHENIX, les détecteurs Deux spectro centraux (protons, , K électrons) Deux spectro à muons vers l’avant (deux NA 50) Ouest 1999 Sud 2001 Est 2000 ZERO DEGREE CALORIMETER Nord 2002 + Trois détecteurs globaux 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
De l’opportunisme… Pas assez d’argent pour instrumenter le bras septentrional… Monter rapidement un petit projet pour combler la lacune… 1000 cartes électroniques Projet estimé à ~ 800 k€ (par les américains) Finalement réalisé pour 415 k€ (par des français) l 28/02/2021 300 k€ (IN 2 P 3) + 75 k€ (CEA) + 40 k€ (Corée) Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
De la politique… 25 février 2000 : conseil scientifique IN 2 P 3 l l « Le conseil recommande la participation à l'expérience Phenix à RHIC. » « Le conseil recommande de ne pas prendre en charge l'équipement électronique du bras nord. » Mais l’équipe du LLR n’envisageait pas une participation sans implication technique… Juin-Juillet 2001 : signature d’un p’tit Mo. U (Memorandum of Understanding) l l l 28/02/2021 PHENIX-CEA-IN 2 P 3 Livraison avant été 2002 Maintenance jusqu’en 2007 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
PHENIX, en France Mars 2001 N physiciens, etc. Corée Saclay Clermont Subatech IPNOrsay LLR Centre de Calcul http: //phenix-france. in 2 p 3. fr/ 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
L’électronique Le LLR a pris en charge la production de l’électronique du bras nord (2 ITA+) l 128 back planes l 216 controlers l 480 crocs (64 voies) l 250 arcnets (Corée) + 50 Planning 28/02/2021 Un chassis l Printemps 2001 : recherche entreprises l Été 2001 : marchés publiques… l Automne-Hiver 2001 : collection de cartes Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Tests de niveau 1 @ LLR (04 -2002 A) Février 2002 28/02/2021 …test intégré sur carte PCI… (2 ITA) Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Tests de niveau 2 @ BNL Les boîtes de cartes en provenance du LLR Bruit << 2 coups Physicien testeur Des « crossribs » assemblés 28/02/2021 Mars 2002 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Dans les journaux… 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Avril 2002 Raphaël Gd. C
Installation mise en route l Câbler/lire l’électronique l Adapter/améliorer le soft Juin 2002 28/02/2021 Montage chambres Mi Juillet 2002 Projet présentation générique de phenix au LLR Montage électronique Raphaël Gd. C
Vérifications Vérifier le câblage (recâbler) Réduire le bruit Remplacer les cartes mourantes Mi-Août 2002 28/02/2021 … Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Réduire le bruit (station 3) 21 Août 2002 29 Sept. 2002 +40 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
On ferme… 9 Dec. 2002 29 Sept. 2002 Fermeture du détecteur… 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
On tourne… Mars 2003 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Depuis cette époque… Surveillance du détecteur pendant les prises de données Tout le monde doit Mars 2004 faire des « shifts » ~ 2 semaines / an 28/02/2021 Salle de contrôle de PHENIX Pendant la prise de données (webcastée) Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Un mot d’informatique Travail au centre de calcul de l’IN 2 P 3 l Rapatriement d’une partie des données… l Reconstruction au centre l Données J/psi publiées sortent du centre Nombre de Teraoctets dédiés à PHENIX au centre de calcul de Lyon 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Frais de missions Groupe de 5 physiciens permanents quelques ITA + une thésarde Année jours coût 2000 95 160 k. F 2001 136 218 k. F 2002 497 110 k€ 2003 285 53 k€ 2004* 214 42 k€ + NT E EM E ! S EU ABL R EU ENS H P L MA NDIS I * au 20 septembre Et de téléphone… l 28/02/2021 (1000 € en 2002, 1700 € en 2003, …) Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
« Récompenses » 1 membre du conseil exécutif de PHENIX l (instance dirigeante à ~ 12 membres) 1 responsable de détecteur l Spectromètres muons nord + sud 1 coordinateur des logiciels muon 1 première présentation en conférence l Production de J/psi en collisions d-or et p-p POURQUOI ? l l 28/02/2021 Contribution technique, informatique Présence sur le site !… Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Conclusions… Exemple de petit projet l (415 k€, deux ans de réalisation, 4 ou 5 IT) Ouvre grandes les portes d’une expérience américaine Potentiellement, du travail pour dix ans ! Bonne préparation pour ions lourds au LHC Aujourd’hui : l l très dur choix perso ~ 10 physiciens à 100 % (et d’autres) 1 thèse soutenue + 3 ou 4 thèses en cours 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
That’s all folks… La suite, c’est pour approfondir certains points… 28/02/2021
Suppression du J/psi 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Théorie de l’int. forte = chromodynamique quantique 1973 : Weinberg & Co Théorie quantique des champs l l l ~ Symétrie SU(3) de couleurs 8 gluons collant les quarks Constante S renormalisable « Force de l’interaction » Interaction « forte » à basse énergie (confinement) mais « faible » à haute énergie (liberté asymptotique) 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
I. La liberté asymptotique (force faible à haute énergie) En sondant le proton et le neutron à haute énergie, on observe leurs constituants comme s’ils étaient isolés, libres. Permis la découverte des « partons » en 1969 l (Nobel 1990 à Friedman, Kendal & Taylor) Permet d’explorer la structure des nucléons. (Cf. présentation de Matthias sur l’expérience H 1) 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR électron proton hadrons Raphaël Gd. C
II. Le confinement (force forte à basse énergie) Quarks et gluons sont confinés dans les hadrons… Quoique… À grande densité Densité d ’énergiese d’énergie, peuvent libérer. Tc~1013 K (T ~108) l εC ~ 0, 7 Ge. V/fm 3 l Déconfinement « Plasma de Quarks et de Gluons » 28/02/2021 F. Karsch et al. hep/lat 0106019 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Intermède Avant le SPS (et même l’AGS) : « There was a general feeling that if the quark-gluon plasma was indeed produced, it would manifest itself in a variety of unknown but dramatic ways, including… the end of the world » H. Satz @ Lattice 2000 hep-ph/0009099 De nombreuses phénomènes prédits pour le PQG furent observés… (augmentation de l’étrangeté…) Y compris en p+A ! Règle d’or ions lourds : Cf. histoire du J/ au CERN l. Référence p+p l. Mesure de la section efficace l. Référence p+A l. Effets nucléaires « froids » l. Physique 28/02/2021 A+A ! l. Suppression anormale Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Run 1 l l 5 sem. en été 2000 or+or 130 Ge. V Le calendrier Run 2 l l l 15 sem. automne 2001 or+or @ 200 Ge. V p+p @ 200 Ge. V Run 3 en 2003 l l d+or @ 200 Ge. V (p+p polarisés) Run 4 en 2004 l l or+or @ 200 Ge. V x 10 luminosité Etc. 28/02/2021 « Jet quenching » Premiers signes du PQG ? Runs 1 + 2 + 3 Suppression du J/ ? Confirmation du PQG ? Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Abrégé de jet quenching… Vu de deux manières : 1. Suppression des particules par rapport à pp x Ncollisions 2. Affaiblissement des jets opposés ( =180°) • En or+or ! D’autant plus que les collisions sont centrales… • Pas en d+or ! • Par les 4 expériences… ( foule de résultats à QM 04 : http: //qm 2004. lbl. gov ) 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
L’analyse des données Faire du code (C++) Regarder des distributions… Quantifier les erreurs… Etc. Exemple du temps nécessaire à une analyse: • Juin 2003 : fin de prises données d. Au et pp • Janvier 2004 : présentation résultats préliminaires • Juillet 2004 : travail sur résultats finals 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Présentation en conférence Interprétation et discussions des résultats avec les théoriciens et toute la communauté… 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Travail sur Or-Or (en cours) Premiers J/psi vus dans la salle de comptage Brouillon d’une note d’analyse sur 1/3 données Thèse en cours… 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Les gens du LLR Les « pionniers » Michel Gonin, Louis Kluberg, Pierre Petiau, Albert Romana. l Les « nouveaux » l l l 28/02/2021 Raphaël Gd. C Olivier Drapier Geun-Beom Kim Frédéric Fleuret Vi. Nham Tram Andry Rakotozafindrabe Les ITA l Alain Debraine l Franck Gastaldi l Simon Chollet l … Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
Histoire des J/ à RHIC Year Ions s. NN Luminosity Detectors J/ 2000 Au-Au 130 Ge. V 1 b-1 Central (électrons) 0 Au-Au 200 Ge. V 24 b-1 p-p 200 Ge. V 0, 15 pb-1 d-Au 200 Ge. V 2, 74 nb-1 p-p 200 Ge. V 0, 35 pb-1 Au-Au 200 Ge. V 62, 3 Ge. V 240 b-1 9, 1 b-1 2002 2003 2004 Central + 1 bras muon Central + 2 bras muon idem 13 + 0 [1] 46 + 66 [2] 300+800+600 [3] 100+300+120 [3] Qqs milliers ? Qqs dizaines ? [1] nucl-ex/0305030 / PRC 69, 014901 (2004) [2] hep-ex/0307019 / PRL 92, 051802 (2004) [3] nucl-ex/0403030 / (RGd. C @ QM 04) 28/02/2021 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël Gd. C
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