François Vazeille (30 novembre 2010) Stage M2/M1

Aujourd’hui: + 13,7 milliards d’années Temps de Planck s s s Gravitation Electronucléaire Forte Electrofaible Super- Force … inconnue Faible Electromagnétique Problème dit de hiérarchie des échelles ou des énergies  TeV Limite des accélérateurs Energie de Planck TeV A priori: hors d’atteinte des instruments Problème de la gravitation: - Force élémentaire ? - Si oui, son unification aux autres.

Les processus les plus ″violents″ au LHC: chocs frontaux caractérisés par le paramètre d’impact b En collisions d’ions plomb Noyau de rayon R b ● b versus R ~ 12 fm  collisions périphériques ou centrales. ● Théorie de l’interaction forte: QCD (Chromo Dynamique Quantique): collisions centrales les plus violentes  Déconfinement possible des quarks et des gluons: ″QGP″ Plasma de Quarks et de Gluons. ● Cosmologie: état de l’Univers quelques µs après sa naissance. En collisions de protons 3-brane Volume dans la 7-braneParton ponctuel b ●b versus une certaine distance  violence ? ● Cosmologie: rôle de la gravitation à l’échelle des autres interactions et extra-dimensions. ●Théorie des Super-cordes:  Espace à 10 dimensions plus 1 (temps).  Echelle de Planck abaissée vers le TeV.  b < rayon de Schwarzschild (Rs = fm) ou équivalent.  Formation possible d’un ″micro trou noir″ et/ou d’une ″boule de cordes″.

Analyses ″classiques″: évolution d’un signal/bruit de fond Recherche de QGP dans ATLAS: di-jets dos à dos Jet quark 2 Jet quark 1  E T1 – E T2  E T1 + E T2 A j = QGP QGP  étouffement du Jet2  Publication ATLAS [27 novembre 2010, Phys. Rev. Lett.] L’asymétrie augmente avec la centralité de la collision, (ici donnée par l’énergie transverse totale). Asymétrie transverse ″Observation of a Centrality-Dependent Dijet Asymmetry in Lead-Lead Collisions at  s NN = 2.76 TeV with the ATLAS Detector at the LHC″ périphérique centrale

Recherches de ″micro trous noirs″ et ″boules de cordes″ dans ATLAS - A l’état de simulations pour le moment: nombreuses Notes internes ATLAS: Signal = masse importante déduite de leur désintégration ″démocratique″ c’est-à-dire en toutes les particules du Modèle Standard: jets de haut P T, photons, électrons, muons, neutrinos… Bruits de fond: principalement dijets et quarks top. - Masses élevées: > 1 TeV les ″boules de cordes″ étant plus légères que les ″micro trous noirs″. Illustration par une simulation d’un micro trou noir

3-brane Extra-dimensions Simulation ATLAS

 Constat Ces 2 types de processus extrêmes (″QGP″, ″Micro-trous noirs″/″Boules de cordes″) n’ont rien de commun: - ni sur le plan de la physique, - ni dans les traitements classiques des signaux recherchés.  Cependant, nous proposons une analyse commune bénéficiant de propriétés communes et d’une méthodologie inhabituelle.. La violence des collisions conduit à des états finals à très grandes multiplicités de particules, que nous nous proposons de traiter dans un même formalisme: celui des moments factoriels d’échelle.. Les processus dynamiques sous-jacents ont très probablement un caractère de cascade fractale à très courte portée qui devrait se révéler sous la forme du phénomène turbulent dit d’intermittence.

 Les moments factoriels d’échelle et l’indice d’intermittence kmkm N° Bin 12 m M yy Espace de Phase Evénement(s) multiparticule  Calcul des moments factoriels d’échelle à différents ordres i en faisant varier la largeur de bin  y =  y/M (Formules mathématiques simples de comptage).  F i  = yyyy ii  i est l’indice d’intermittence. 1 mM S’il existe quelque part un caractère fractal: D i =  i / (i-1) est la dimension fractale “anormale”: - constante  l’ordre i  système mono-fractal, - variable avec l’ordre i  système multi-fractal.

Exemple: KLM results [Phys. Rev. Lett. 62 (1989) 733] Collisions O à 200 GeV/Nucléon sur émulsion nucléaire (Ag ou Br) Donné s physiques Simulations - Ordre 2:  2 =   D 2 =  Ordre 4:  4 =   D 4 =  Avec bins de plus en plus petits. Système multi-fractal

1. La variable globale signant la ″violence″ de la collision peut être la-même: multiplicité totale ou énergie transverse totale. 2. L’évolution de l’indice d’intermittence (ou de variables de la même famille) en fonction de la variable globale peut révéler un phénomène dynamique caché: la formation de QGP, la présence d’effets gravitationnels. 3. Trois autres avantages: - Comparaisons possibles proton-proton et Plomb-Plomb. - Mise en évidence éventuelle d’effets de seuil ou de changement de nature du phénomène en variant les énergies de collision. - Le phénomène dynamique ″caché″ doit être interprété, mais même s’il est très ténu, il peut être révélé.  Méthodologie

 Découverte d’ATLAS et de la physique des très hautes énergies, et voyage au CERN.  Premier regard sur les processus physiques étudiés.  Revue de la bibliographie ancienne et nouvelle sur l’intermittence.  Compilation et vérification des formules sur les moments factoriels d’échelle.  Première analyse à partir des résultats ATLAS proton-proton sur les multiplicités déjà publiés à 900 GeV. ″ Charged-particle multiplicities in pp interactions at sqrt(s) = 900 GeV measured with the ATLAS detector at the LHC , ATLAS collaboration, Physics Letters B 688 (2010)  Préparation des étapes suivantes puis accès aux données ATLAS en p-p et Pb-Pb, et à différentes énergies de collision. En fonction du temps disponible, le programme abordera successivement une partie des points suivants: