CERN MasterClass 03 Avril 2014 1 A la recherche des particules étranges avec ALICE G De Cataldo, INFN, Bari, It. Merci beaucoup à Y. Schutz et D. Hatzifotiadou.

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1 CERN MasterClass 03 Avril 2014 1 A la recherche des particules étranges avec ALICE G De Cataldo, INFN, Bari, It. Merci beaucoup à Y. Schutz et D. Hatzifotiadou pour le matériel scientifique et pour laide

2 CERN MasterClass 03 Avril 2014 2 Le program de physique dALICE Le club de ceux qui fracassent des noyaux atomiques les uns sur les autres … Le club de ceux qui fracassent des noyaux atomiques les uns sur les autres … Pourquoi ? Tenter de dissoudre en soupe les gluons et les quarks (QGP) et de remonter le temps à une millionième de s après le BB;Pourquoi ? Tenter de dissoudre en soupe les gluons et les quarks (QGP) et de remonter le temps à une millionième de s après le BB; Comment ? Chauffer et comprimer la matière nucléaire (collision de noyaux de plomb dans LHC);Comment ? Chauffer et comprimer la matière nucléaire (collision de noyaux de plomb dans LHC); Observer un phénomène quiObserver un phénomène qui dure dans une seconde autant quun éclair dans les 14 milliards dannées écoulées depuis la naissance de lunivers, dure dans une seconde autant quun éclair dans les 14 milliards dannées écoulées depuis la naissance de lunivers, crée une température égale à 100.000 fois celle régnant au cœur du soleil et crée une température égale à 100.000 fois celle régnant au cœur du soleil et compacte la matière de façon telle que la pyramide de Kheops tiendrait dans une tête dépingle. compacte la matière de façon telle que la pyramide de Kheops tiendrait dans une tête dépingle. G De Cataldo, INFN, Bari, It.

3 ALICE setup ITS TPC TRD TOF PHOS HMPID PMD FMD MUON SPEC. Mais quobserve-t-on avec ALICE et comment ? CERN MasterClass 03 Avril 2014 3 Tonneau central G De Cataldo, INFN, Bari, It.

4 Collisions de Plomb 2011 CERN MasterClass 03 Avril 2014 G De Cataldo, INFN, Bari, It. 4

5 Le QGP et les particules étranges Collision entre protons Collision entre protons Avant Il ny a que des quarks de type u et d. Après la collision il y aura des u,d mais aussi s,c.. 5 Collision centrale entre noyaux de plomb Pb-Pb Collision centrale entre noyaux de plomb Pb-Pb sMême mélange de quarks sauf que pendant la collision il y a le QGP! Donc étudier le quark s dans les deux cases nous permet de savoir plus sur le QGP!! CERN MasterClass 03 Avril 2014 G De Cataldo, INFN, Bari, It.

6 Etrange! Nest pas? CERN MasterClass 03 Avril 2014 G De Cataldo, INFN, Bari, It. 6 Les particules étranges interagissent fortement avec la matière mais elles se désintègre faiblement dans ~10 -10 s au lieu davoir une demi-vie de 10 -23 s. Etrange! Nest pas?

7 Quantité de mouvement (p) Un moustique sapproche à la vitesse de 40 km/h. La collision sera indolore ! Un camion sapproche à la vitesse de 40 km/h. La collision sera fatale !!! (écartez vous!) La masse du camion joue un rôle important. Cependant, un camion à larrêt ne vous fait pas peur. Cest donc non seulement la masse, mais aussi la vitesse qui importe cest-à-dire la quantité de mouvement. Compléments de Physique pour Identifier les particules quantité de mouvement (p) est la grandeur physique associée à la vitesse (v) et à la masse (m) d'un objet:vitessemasse p = (p x i +p y j +p z k ) = mv (classique) CERN MasterClass 03 Avril 2014 7 G De Cataldo, INFN, Bari, It.

8 Lénergie cinétique (énergie liée à la vitesse) dun proton au repos accéléré par une différence de potentiel de 1 Volt: E k = qV = (½ m p v 2 classique q=1 (charge élémentaire; 1.6 x10 -19 C) V=1 Volt E= 1 eV = 1.6x10 -19 Joule Energie Compléments de Physique pour Identifier les particules CERN MasterClass 03 Avril 2014 8 Dans LHC des champs électriques accélèrent les protons! Chaque faisceau de protons @7 TeV a la même énergie quun TGV de 400 t lancé à 150 Km/h!! Cette énergie est suffisante pour fondre 500 kg de cuivre! G De Cataldo, INFN, Bari, It.

9 Que veut dire identifier le particules? CERN MasterClass 03 Avril 2014 G De Cataldo, INFN, Bari, It. 9 Pour Identifier une particule il faut 1) mesurer la quantité de mouvement, 2) la charge électrique et enfin calculer 3) la masse de chaque particule. Pour Identifier une particule il faut 1) mesurer la quantité de mouvement, 2) la charge électrique et enfin calculer 3) la masse de chaque particule. Pour étudier le QGP on veut identifier les particules dites étranges. Pour cela, en partant des particules filles de désintégration, on identifie la particule parente (exercice cet après midi!). Pour étudier le QGP on veut identifier les particules dites étranges. Pour cela, en partant des particules filles de désintégration, on identifie la particule parente (exercice cet après midi!).

10 1) Mesure de la quantité de mouvement et de 2) la charge électrique CERN MasterClass 03 Avril 2014 10 Identifier la charge et mesurer quantité de mouvement p q R=p/qB p = quantité de mouvement à mesurer R = Rayon de courbure B = Champ magnétique de laimant q = charge de la particule R G De Cataldo, INFN, Bari, It.

11 3) Masse invariante: quest-ce? CERN MasterClass 03 Avril 2014 11 Lois de Consevation: energie, quantité de mouvement et charge electrique. Donc: E=E 1 +E 2 p=p 1 +p 2 Neutre=(+) + (-) Ça me fait rire!!!! Apres -10 s Résumé Pour identifier des particules parentes, il faut mesurer la charge, la masses et la quantité de mouvement des particules filles! + m1p1E1m1p1E1 m2p2E2m2p2E2 Particules filles après la désintégration Selon la relativité: E = m+p m= E- p 222 222 La masse invariante de la particule parent est donc: m = m 1 +m 2 +2(E 1 *E 2 ) -2(p 1* p 2 ) 222 mpEmpE Particule parent (neutre) avant la désintégration Inter. Faisceau 2 Faisceau 1 G De Cataldo, INFN, Bari, It.

12 Identification et distribution de la masse invariante CERN MasterClass 03 Avril 2014 12 m1p1E1m1p1E1 m2p2E2m2p2E2 m Pour des particules du même type avec valeurs de la quantité de mouvement au hasard, pas liées à la particule mère : M = m 1 +m 2 +2(E 1 *E 2 )-2(p 1 p 2 ) 222 G De Cataldo, INFN, Bari, It.

13 Les désintégrations à étudier dans lexercice: CERN MasterClass 03 Avril 2014 13 Lambda Pion G De Cataldo, INFN, Bari, It.

14 Conclusions CERN MasterClass 03 Avril 2014 14 Le LHC, avec des collisions de noyaux de plomb à des énergies jamais atteintes sur terre, recrée un état de la matière nommé Quark-Gluon Plasma (QGP), létat de la matière pendant les premières millionièmes de secondes après le big-bang; Lexpérience ALICE avec ses différentes techniques de détection, peut identifier plusieurs types de particules (quantité de mouvement, charge et mesure de masse); Lidentification et la conte des particule étranges dan le collisions pp or Pb-Pb nous permet de savoir plus sur le QGP! Ça est le sujet de lexercice dans laprès-midi G De Cataldo, INFN, Bari, It.