L’interaction forte Forte à basse énergie Faible à haute énergie

Présentation au sujet: "L’interaction forte Forte à basse énergie Faible à haute énergie"— Transcription de la présentation:

1 L’interaction forte Forte à basse énergie Faible à haute énergie
Responsable de la cohésion nucléaire Colle les protons et les neutrons dans les noyaux … de la cohésion des protons et des neutrons Confine les quarks dans les hadrons par multitude de gluons … et de 99% de notre masse Faible à haute énergie Liberté asymptotique Déconfinement 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

2 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… Déconfinement… Similaire à la fonte de la glace à 100°C Mais Tc ~ 1013 °C = fois le soleil Où trouver ce plasma ? Au coeur de certaines étoiles ? Au début de l’univers ? Premières microsecondes du big bang Le créer dans un laboratoire ? Collision de noyaux lourds Exemple de prédiction Densité d ’énergie vs température A coordonner avec Arndt F. Karsch et al. hep/lat 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC F. Karsch et al. hep/lat

3 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 GeV par paire de nucléons Mise en service : 2000 Autres informations sur le calendrier ? 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

4 PHENIX, un détecteur de PQG
Contribution du laboratoire 5 permanents 2 thèses 1000 cartes électroniques 550 physiciens, 62 instituts, 13 pays Quinzaine de sous détecteurs Deux spectros à muons vers l’avant Deux spectros centraux (e, pi, K,…) 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

5 l’expérience NA50 (CERN)
Travail de détective Le PQG dure ~ s Trouver des traces de son apparition évanescente… Plusieurs observables, dont une particulièrement étudiée au labo : 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 NA50 (CERN) à 19 GeV/nucléons 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

6 Résultats & calendrier
Pour les J/psi Collisions AuAu et CuCu en cours d’analyse (deux thèses au labo) Collisions dAu et pp publiées Références : pas d’effets nucléaires froids dramatiques Autres observables 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 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

7 C’est tout ! Le reste, ce sont des restes d’une autre présentation qui pourrait nous inspirer 18/09/2018

8 PHENIX, une expérience en fonctionnement et éloignée
Ou comment insérer un petit projet dans un grand ? 18/09/2018

9 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 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

10 Au programme… L’objectif physique
Le plasma de quarks et de gluons… Le collisionneur RHIX et l’expérience PHENIX Coût, personnel, calendrier Insertion d’un projet dans un contexte international et lointain Une contribution technique : 1000 cartes d’électronique Coût « humain » : frais de missions, de téléphone… Contributions logicielles : implication du centre de calcul Nos « récompenses » Bof… 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

11 Plongeons dans la matière…
18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

12 Le confinement Dans les conditions normales :
Les quarks sont collés ensemble par une multitude de gluons… Impossible d’observer des quarks ou des gluons isolés… Seuls édifices possibles : trois quarks quark + antiquark (+ gluons non représentés) U D pion D U U Méson, baryon ? D U neutron proton 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

13 Le plasma de quarks et de gluons (ou déconfinement)
(vision simple) 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

14 Où l’observer ? Au coeur de certaines étoiles ? Au début de l’univers
Pendant les premières microsecondes du big bang Au laboratoire ? En faisant entrer en collision des noyaux lourds Temps de vie ~ s 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

15 L’outil : les collisions d’ions lourds à haute énergie !
© RQMD authentique simulation théorique 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

16 Comment espérer le voir ?
Plusieurs recettes sur le marché ! Ma préférée : Suppression du J/ Peu de paires de quarks charm + anticharm créées dans la collision Tendance à rester ensemble pour former la particule J/ Mais pourrait fondre dans un plasma de quarks et de gluons ? C J/ U D U U U D D D D U C D D C U U D U D U U D D 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

17 Déjà vu par NA50 au CERN ! Mais pas de consensus
© Expérience NA50 (CERN) Mais pas de consensus Le refaire à + haute énergie…  > 6 GeV/fm3 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

18 PHENIX, le calendrier 1990 : Lettre d’intention pour nombreuses petites expériences au RHIC 1992 : Conceptual Design Report de PHENIX Pioneering High Energy Nuclear Interaction eXperiment 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 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

19 PHENIX, dans le monde 12 Countries; 58 Institutions; 480 Participants*
USA Abilene Christian University, Abilene, TX Brookhaven National Laboratory, Upton, NY University of California - Riverside, 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 University of Tennessee, Knoxville, TN Vanderbilt University, Nashville, TN Brazil University of São Paulo, São Paulo China 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-IN2P3, Orsay LLR, Ecòle Polytechnique, CNRS-IN2P3, 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 St. Petersburg State Technical University, St. Petersburg Sweden Lund University, Lund *as of January 2004 12 Countries; 58 Institutions; 480 Participants* 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

20 PHENIX, le coût Prévisionnel en 1993 ~ 50 M$ Manque de financement -
Parties retardées 32.6 M$ 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

21 + Trois détecteurs globaux
PHENIX, les détecteurs + Trois détecteurs globaux ZERO DEGREE CALORIMETER Deux spectro centraux (protons, , K électrons) Ouest 1999 Est 2000 Deux spectro à muons vers l’avant (deux NA50) Sud 2001 Nord 2002 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

22 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) 300 k€ (IN2P3) + 75 k€ (CEA) + 40 k€ (Corée) Michel Gonin 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

23 De la politique… 25 février 2000 : conseil scientifique IN2P3
« 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 MoU (Memorandum of Understanding) PHENIX-CEA-IN2P3 Livraison avant été 2002 Maintenance jusqu’en 2007 Trad. MoU La demande de participation à l'expérience Phenix à RHIC apparaît au conseil comme une continuation du programme mené au CERN surtout après les résultats impressionnants obtenus dans l'expérience NA50. Le conseil considère essentiel de pouvoir confirmer la suppression du J/Y à des valeurs d'énergie transverse où la théorie est plus fiable et d'étendre l'étude de la suppression à U. Il souhaite que les physiciens français gardent leur grande visibilité dans la physique du J/Y et participent à la prochaine étape en énergie des ions lourds avant le LHC. Le conseil recommande la participation à l'expérience Phenix à RHIC. Par contre, il pense d'une part qu'un renforcement en physiciens hors LHC est indispensable et d'autre part que la participation technique à Phenix doit être renégociée compte tenu des contraintes budgétaires. Le conseil recommande de ne pas prendre en charge l'équipement électronique du bras nord. 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

24 PHENIX, en France N physiciens, etc. Mars 2001
Corée N physiciens, etc. Saclay Clermont Subatech IPNOrsay LLR Centre de Calcul 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

25 L’électronique Le LLR a pris en charge la production de l’électronique du bras nord (2 ITA+) 128 back planes 216 controlers 480 crocs (64 voies) 250 arcnets (Corée) + 50 Planning Printemps 2001 : recherche entreprises Été 2001 : marchés publiques… Automne-Hiver 2001 : collection de cartes Un chassis 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

26 Tests de niveau 1 @ LLR (04-2002A)
…test intégré sur carte PCI… (2 ITA) Février 2002 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

27 Tests de niveau 2 @ BNL Les boîtes de cartes en provenance du LLR
Physicien testeur Bruit << 2 coups Des « crossribs » assemblés Mars 2002 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

28 Dans les journaux… Avril 2002 18/09/2018
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29 Installation - mise en route
Câbler/lire l’électronique Adapter/améliorer le soft Montage chambres Montage électronique Juin 2002 Mi Juillet 2002 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

30 Vérifications Vérifier le câblage (recâbler) Réduire le bruit
Remplacer les cartes mourantes … Mi-Août 2002 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

31 Réduire le bruit (station 3)
21 Août 2002 29 Sept. 2002 +40 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

32 On ferme… Fermeture du détecteur… 9 Dec. 2002 29 Sept. 2002 18/09/2018
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33 On tourne… Mars 2003 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

34 Depuis cette époque… Surveillance du détecteur pendant les prises de données Tout le monde doit faire des « shifts » ~ 2 semaines / an Mars 2004 Salle de contrôle de PHENIX Pendant la prise de données (webcastée) 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

35 Nombre de Teraoctets dédiés à PHENIX au centre de calcul de Lyon
Un mot d’informatique Travail au centre de calcul de l’IN2P3 Rapatriement d’une partie des données… Reconstruction au centre Données J/psi publiées sortent du centre Nombre de Teraoctets dédiés à PHENIX au centre de calcul de Lyon 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

36 Frais de missions Groupe de 5 physiciens permanents quelques ITA + une thésarde Et de téléphone… (1000 € en 2002, 1700 € en 2003,…) Année jours coût 2000 95 160 kF 2001 136 218 kF 2002 497 110 k€ 2003 285 53 k€ 2004* 214 42 k€ MALHEUREUSEMENT INDISPENSABLE ! * au 20 septembre + téléphone… 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

37 « Récompenses » 1 membre du conseil exécutif de PHENIX
(instance dirigeante à ~ 12 membres) 1 responsable de détecteur Spectromètres muons nord + sud 1 coordinateur des logiciels muon 1 première présentation en conférence Production de J/psi en collisions d-or et p-p POURQUOI ? Contribution technique, informatique Présence sur le site !… 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

38 Conclusions… Exemple de petit projet
(415 k€, deux ans de réalisation, 4 ou 5 IT) Ouvre grandes les portes d’une expérience très américaine Potentiellement, du travail pour dix ans ! Bonne préparation pour ions lourds au LHC Aujourd’hui : ~ 10 physiciens à 100 % (et d’autres) 1 thèse soutenue + 3 ou 4 thèses en cours dur choix perso 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

39 La suite, c’est pour approfondir certains points…
That’s all folks… La suite, c’est pour approfondir certains points… 18/09/2018

40 Suppression du J/psi 18/09/2018
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41 Théorie de l’int. forte = chromodynamique quantique
1973 : Weinberg & Co Théorie quantique des champs 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) Mettre ici un running de alpha_S ! Nobel de GellMann ? 1969 pour saveur ! Vérifier qui en est l’auteur ! 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

42 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 (Nobel 1990 à Friedman, Kendal & Taylor) Permet d’explorer la structure des nucléons. Un plot ou un dessin ? électron proton (Cf. présentation de Matthias sur l’expérience H1) hadrons 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

43 II. Le confinement (force forte à basse énergie) Quarks et gluons sont confinés dans les hadrons… Quoique… À grande densité d’énergie, peuvent se libérer. Tc~1013 K (T~108) εC ~ 0,7 GeV/fm3 Déconfinement « Plasma de Quarks et de Gluons » F. Karsch et al. hep/lat Densité d ’énergie 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

44 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. Lattice 2000 hep-ph/ De nombreuses phénomènes prédits pour le PQG furent observés… (augmentation de l’étrangeté…) Y compris en p+A ! Règle d’or ions lourds : Référence p+p Référence p+A Physique A+A ! Cf. histoire du J/ au CERN Mesure de la section efficace Effets nucléaires « froids » Suppression anormale 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

45 Le calendrier Run 1 Run 2 Run 3 en 2003 Run 4 en 2004 Etc.
5 sem. en été 2000 or+or 130 GeV Run 2 15 sem. automne 2001 200 GeV 200 GeV Run 3 en 2003 200 GeV (p+p polarisés) Run 4 en 2004 x 10 luminosité Etc. Le calendrier « Jet quenching » Premiers signes du PQG ? Runs Suppression du J/ ? Confirmation du PQG ? 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

46 Abrégé de jet quenching…
Vu de deux manières : Suppression des particules par rapport à pp x Ncollisions 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 QM04 : ) Baratiner… 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

47 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 des données dAu et pp Janvier 2004 : présentation résultats préliminaires Juillet 2004 : travail sur résultats finals 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

48 Présentation en conférence
Interprétation et discussions des résultats avec les théoriciens et toute la communauté… 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

49 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… 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

50 Les gens du LLR Les « pionniers » Les « nouveaux »
Michel Gonin, Louis Kluberg, Pierre Petiau, Albert Romana. Les « nouveaux » Raphaël GdC Olivier Drapier Geun-Beom Kim Frédéric Fleuret ViNham Tram Andry Rakotozafindrabe Les ITA Alain Debraine Franck Gastaldi Simon Chollet … 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC

51 Histoire des J/ à RHIC [1] nucl-ex/0305030 / PRC 69, 014901 (2004)
Year Ions sNN Luminosity Detectors J/ 2000 Au-Au 130 GeV 1 b-1 Central (électrons) 2001 200 GeV 24 b-1 Central [1] 2002 p-p 0,15 pb-1 + 1 bras muon [2] d-Au 2,74 nb-1 [3] 2003 0,35 pb-1 + 2 bras muon [3] 2004 62,3 GeV 240 b-1 9,1 b-1 idem Qqs milliers ? Qqs dizaines ? [1] nucl-ex/ / PRC 69, (2004) [2] hep-ex/ / PRL 92, (2004) [3] nucl-ex/ / QM04) 18/09/2018 Projet présentation générique de phenix au LLR Raphaël GdC