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

I-Les fondements 2

Politzer, Wilczek et Gross, 1973 Idées générales sur l’interaction forte, Q 2 >>m 2, Q 2 >>  2 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  QCD (Q 2 ) Constantes de couplage : Q 2,  QED Q 2, r,  QCD  0 M. Estienne – 15 novembre 2006 Groupe ALICE - IPHC 3 Liberté asymptotique Quarks libres de se mouvoir à l’échelle des hadrons : déconfinement

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, s après le big-bang 4 ME – 10 décembre 2007 JRJC2007-Dinard Intro session Interactions Fortes

Plasma de Quarks et Gluons Supraconductivité de couleur Matière nucléaire CROSS OVER  B (MeV) T (MeV) 170 Etoiles à neutrons 1200 Univers primordial Gaz hadronique Diagramme des phases 5 ME – 10 décembre 2007 JRJC2007-Dinard Intro session Interactions Fortes 1 er ordre Point critique 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

Caractériser la transition – QCD sur réseau Rapide croissance de la pression/densité d’énergie en fonction de T –A T c ~ 270 MeV, s’il n’y a que des gluons (pure gauge) T c ~ 150 – 170 MeV, –A T c ~ 150 – 170 MeV, selon le nombre de quarks légers et leur saveur,  c = 0,7  0,3 GeV/fm 3 et  c = 0,7  0,3 GeV/fm 3 déviation Pour T > (2 – 3)T c : déviation d’un gaz de Stephan-Boltzmann Karsch : hep-lat/ ME – 10 décembre 2007 JRJC2007-Dinard Intro session Interactions Fortes  B =0 Benjamin H.

Plasma de Quarks et Gluons Supraconductivité de couleur Matière nucléaire CROSS OVER  B (MeV) T (MeV) 170 Etoiles à neutrons 1200 Univers primordial Gaz hadronique Diagramme des phases 7 Point critique 1 er ordre ME – 10 décembre 2007 JRJC2007-Dinard Intro session Interactions Fortes

Au Pré-équilibre Etat initial temps Scénario de la collision 0 fm/c t = 0+, création d’un gaz dense de particules ~7+ fm/c Gel cinétique Gel cinétique, arrêt des interactions élastiques entre hadrons  Propriétés cinématiques des particules figées T (fm/c) t =  0 t =  0, libre parcours moyen << dimensions caractéristiques du système  Thermalisation du système à la température T 0.  Formation du Plasma de Quarks et de Gluons EquilibrationThermalisation DdL Partonique  0 ~? fm/c 8 Interaction entre hadrons Gel chimique, arrêt des interactions inélastiques :  Composition en hadrons figée Gel chimique expansion du fluide => l’hadronisation se produit 2 fm/cExpansion du fluide Notre objectif pour mettre en évidence le PQG : - Trouver des sondes intéressantes - Comparer comment évoluent ces sondes dans les collisions élémentaires de type p+p par rapport à leur évolution dans un système plus complexe Pb+Pb PQG ? ME – 10 décembre 2007 JRJC2007-Dinard Intro session Interactions Fortes Guillaume B. Mickael T. Sarah P.

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

Processus d’hadronisation dans le vide pApA pBpB Jet Fonction de distribution de partons 10 a b c d InitialFinal Processus dur Section efficace d’interaction parton-parton Fragmentation Fonction de fragmentation ME – 10 décembre 2007 JRJC2007-Dinard Intro session Interactions Fortes

A+A une simple superposition de p+p ? InitialFinal p+p A+A 11 ME – 10 décembre 2007 JRJC2007-Dinard Intro session Interactions Fortes

1 er défi : théorique Intrinsic k T, Effet Cronin A p Fonction de distribution de partons InitialFinal Section efficace d’interaction parton-parton Fonction de fragmentation Modification PDF (shadowing) Perte d’énergie au niveau partonique 12 ME – 10 décembre 2007 JRJC2007-Dinard Intro session Interactions Fortes

Collisions d’ions lourds (Ultra-) relativistic depuis 30 ans Augmentation très importante de l’énergie de faisceau RHIC (BNL) Collider p+p,d+Au,Au+Au,Cu+Cu 2000  s < 200 GeV 4 experiments ~ 1000 physicists AGS (BNL) Fix target  s < 5 GeV 4 experiments ~ 400 physicists SPS (CERN) Fix target  s < 20 GeV 7 experiments ~ 600 physicists BEVALAC (LBL) Fix target  s < 2 GeV 2 experiments ~ 100 physicists SIS (GSI) Fix target 1989  s < 2.7 GeV 4 experiments ~ 200 physicists FAIR (GSI) Fix target 2013  s < 9 GeV 1 experiment ~ 200 physicists LHC (CERN) collider  s < 5500 GeV 1 experiment ~ 1000 physicists 13 ME – 10 décembre 2007 JRJC2007-Dinard Intro session Interactions Fortes

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

La manifestation expérimentale 15

Centralité caractérisée par : –N part, N wounded : nombre de nucléons qui subissent au moins une collision nucléon-nucléon inélastique –N coll, N bin : nombre de collisions nucléon-nucléon inélastiques spectateurs participants b Détermination de la centralité 16

STAR STAR ALICE 2 ème défi… … expérimental 17

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