A la recherche des particules étranges avec ALICE

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1 A la recherche des particules étranges avec ALICE
Presentarsi, fisico italiano distaccato al CERN. Merci beaucoup à Y. Schutz et D. Hatzifotiadou pour le matériel scientifique et pour l’aide CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

2 Les pays dans la collaboration ALICE
36 pays, 136 Institutions et 1200 collaborateurs CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

3 Les scientifiques d’ALICE
CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

4 Le program de physique d’ALICE
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; Comment ? Chauffer et comprimer la matière nucléaire (collision de noyaux de plomb dans LHC); Observer un phénomène qui dure dans une seconde autant qu’un éclair dans les 14 milliards d’années écoulées depuis la naissance de l’univers, crée une température égale à fois celle régnant au cœur du soleil et compacte la matière de façon telle que la pyramide de Kheops tiendrait dans une tête d’épingle. Age de l’univers 10**17 secondes, duree de l’éclair 10**-6 seconde, duree du QGP 10**-23 seconde = 10 fm/c CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

5 Le mini Big Bang : Refaisons le chemin inverse
1. Les noyaux (matière ordinaire) accélérés vont subir une collision frontale Laboratoire 2. L’énergie de la collision se matérialise sous forme de quarks et gluons 3. Les quarks et gluons libérés interagissent sous l’effet de l’interaction forte: le QGP. La matière tend vers l’équilibre 4. Le système se dilue et se refroidit t~10-24 s T~5×1012 K t~10-23 s T~1012 K 5. Quarks et gluons condensent pour former des hadrons, parmi eux des protons: la matière ordinaire v/c = 0, Contraction de Lorentz : 7 fm  0,003 fm CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

6 G De Cataldo, INFN , Bari, It.
Mais qu’observe-t-on avec ALICE et comment ? ALICE setup Tonneau central HMPID MUON SPEC. TRD TPC PMD ITS TOF PHOS Mais que veut on observer et comment?? Il y a soi des detecteur pour tracer-identifier, soi pour identifier FMD CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

7 G De Cataldo, INFN , Bari, It.
Collisions de Plomb 2011 CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

8 Le QGP et les particules étranges
protons Collision entre protons Avant Il n’y a que des quarks de type u et d. Après la collision il y aura des u,d mais aussi s,c.. Les particules étranges contiennent le quark s. Noyaux de plomb b Collision centrale entre noyaux de plomb Pb-Pb Même mélange de quarks sauf que pendant la collision il y a le QGP! (Kheops tiendrait dans une tête d’épingle!!). Donc étudier le quark s dans les deux cases nous permet de savoir plus sur le QGP!! CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

9 Et maintenant un peu de physique: Géométrie d’une collision Pb-Pb
La somme des amplitudes des signaux dans le détecteur nommé V0 est bien représentée à travers un model physique simple (ligne rouge) dit de Glauber. b  Particules produites périphériques central CERN MasterClass 03 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

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Etrange! N’est pas? Les particules étranges interagissent fortement avec la matière mais elles se désintègre ‘faiblement’ dans ~10-10 s au lieu de ~ 10-23s. Etrange! N’est pas? CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

11 Premiers resultats PbPb au LHC
QGP behaves as a perfect liquid at the LHC; Strangeness enhancement; CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

12 Compléments de Physique pour Identifier les particules
Quantité de mouvement (p) Un moustique s’approche à la vitesse de 40 km/h. La collision sera indolore ! Un camion s’approche 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 l’arrêt ne vous fait pas peur. C’est donc non seulement la masse, mais aussi la vitesse qui importe c’est-à-dire la quantité de mouvement. quantité de mouvement (p) est la grandeur physique associée à la vitesse (v) et à la masse (m) d'un objet: p = (pxi+pyj+pzk) = mv (classique) CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

13 Compléments de Physique pour Identifier les particules
Energie L’énergie cinétique (énergie liée à la vitesse) d’un proton au repos accéléré par une différence de potentiel de 1 Volt: Ek = qV = (½ mpv2) (classique) q=1 (charge élémentaire; 1.6 x10-19 C) V=1 Volt E= 1 eV = 1.6x Joule Dans LHC des champs électriques accélèrent les protons! Chaque faisceau de TeV a la même énergie qu’un TGV de 400 t lancé à 150 Km/h!! Cette énergie est suffisante pour fondre 500 kg de cuivre! CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

14 Que veut dire identifier le particules?
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!). CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

15 1) Mesure de la quantité de mouvement et de 2) la charge électrique
Identifier la charge et mesurer quantité de mouvement R R=p/qB p = quantité de mouvement à mesurer R = Rayon de courbure B = Champ magnétique de l’aimant q = charge de la particule p q CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

16 3) Masse invariante: qu’est-ce?
Lois de Consevation: energie, quantité de mouvement et charge electrique. Donc: E=E1+E2 p=p1+p2 Neutre=(+) + (-) Inter. Faisceau 2 Faisceau 1 m p E Particule parent (neutre) avant la désintégration m1 p1 E1 m2 p2 E2 Particules filles après la désintégration - + Selon la relativité: E = m+p m= E- p 2 Apres t10-10 s Ça me fait rire!!!! La masse invariante de la particule parent est donc: m = m1+m2+2(E1*E2) -2(p1*p2) 2 Résumé Pour identifier des particules ‘‘parentes’’ , il faut mesurer la charge, la masses et la quantité de mouvement des particules filles! CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

17 Identification et distribution de la masse invariante
Pour des particules du même type avec valeurs de la quantité de mouvement au hasard, pas liées à la particule mère : M = m1+m2+2(E1*E2)-2(p1p2) 2 m1 p1 E1 m2 p2 E2 m M CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

18 Les désintégrations à étudier dans l’exercice:
Pion Lambda CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

19 Pour traiter les données
Yerevan CERN Saclay Lyon Dubna Capetown, ZA Birmingham Cagliari NIKHEF GSI Catania Bologna Torino Padova IRB Kolkata, India OSU/OSC LBL/NERSC Merida Bari Nantes Distribuer les tâches : les ressources CPU le stockage des données Sont réparties à travers le monde CERN MasterClass 03 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.

20 G De Cataldo, INFN , Bari, It.
Conclusions 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), l’état de la matière pendant les premières millionièmes de secondes après le big-bang; L’expérience ALICE avec ses différentes techniques de détection, peut identifier plusieurs types de particules (quantité de mouvement, charge et mesure de masse); L’identification 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 l’exercice cet après-midi. CERN MasterClass 05 Avril 2014 G De Cataldo, INFN , Bari, It.