Au sein de l’expérience ALICE, une collaboration de physiciens américains, italiens, russes et français s’est formée afin de construire un grand calorimètre électromagnétique (EMCal – ElectroMagnetic Calorimeter). Il permettra d’étudier de manière complète la physique liée aux particules de grande impulsion transverse. Cette recherche ne pourra se faire, en collisions d’ions lourds au LHC qu’auprès de l’expérience ALICE équipée de cet outil, et est primordiale pour répondre à des questions fondamentales sur la nature du PQG.
En effet, dans les collisions d’ions lourds relativistes, les partons de haute impulsion transverse (pT) interagissent avec le milieu dense produit au cours de la collision. Ceci conduit à une perte d’énergie par rayonnement de gluons de ces partons dans le milieu traversé (le phénomène de jet-quenching). Les gluons rayonnés sont émis le long de l’axe du jet et par conséquent, la mesure de l’énergie totale du jet, qui reste inchangée, ne donnera pas d’information sur cette perte d’énergie. Par contre cette perte d’énergie est supposée modifier la distribution en impulsion des constituants du jet. Cela peut être caractérisé en mesurant les fonctions de fragmentation des jets. Dans ce sens, l’étude des jets peut servir pour sonder les propriétés du milieu dense créé dans les collisions d’ions lourds et permettre de connaître la densité initiale du milieu créé. Cette densité sera, selon sa valeur, compatible ou non avec un plasma de quarks et de gluons ou avec un gaz hadronique.
La perte d’énergie des partons a été mise en évidence à RHIC par la suppression de la production des particules de grand pT. Ce résultat a été interprété comme étant la conséquence de la création d’un milieu extrêmement dense, si dense que les particules perdent une partie de leur énergie dans ce milieu, réduisant implicitement leur impulsion. La confrontation des résultats expérimentaux avec les prédictions théoriques indique que de telles densités sont compatibles avec un PQG. Des théories récentes, relatives à la physique de la saturation proposent un nouveau concept, le condensat de verre de couleur qui pourrait non seulement expliquer la suppression des jets mais également être un précurseur à l’état de plasma de quarks et de gluons. Cette découverte motive aujourd’hui la volonté d’une partie de ces physiciens pour explorer le secteur des grandes impulsions auprès du LHC. En effet, avec des énergies de collision trente fois supérieures à celle de RHIC, les sections efficaces de production des jets seront bien plus élevées, permettant ainsi des analyses événement par événement. Le régime dur de la physique des ions lourds sera exploré de manière beaucoup plus complète au LHC en particulier grâce au calorimètre EMCal.
EMCal est un calorimètre constitué de 11 SuperModules, chacun comprenant 288 tours utilisant la technologie aujourd’hui bien connue et maîtrisée de la calorimétrie à échantillonnage en Pb–scintillateur. Il va permettre d’augmenter à la fois l’acceptance de la mesure des photons comparé à celle du calorimètre PHOS. L'EMCal pourra également servir de déclencheur afin d’augmenter le nombre de jets mesurés d’un facteur 200 environ. En combinant les informations de EMCal (sensible aux particules chargées et neutres) et du système de trajectographie d’ALICE, la résolution sur la mesure de l’énergie des jets sera grandement améliorée.
Plus précisément il permettra d’étudier :
- La production inclusive de jets de particules et de photons: la comparaison avec les prédictions de pQCD doit permettre de renseigner sur les fonctions de distribution de gluons. Les premiers résultats de l'analyse des corrélations entre les photons et les hadrons dans des colisions proton-proton (pp) qui servira de base pour l'analyse dans l'environement dense des collisions PbPb ont été présentés par un membre du groupe à la conference QM2012 en aout. Les analyses pp et PbPb devraient etre publiés en 2013.
- La production d’événements gamma-jet avec une acceptance accrue: un jet et un gamma sont émis à 180° l’un de l’autre et la mesure de l’énergie du photon dans EMCal comparée à celle du jet doit donner une estimation de la perte d’énergie du jet dans le milieu.
Plus de détails sur notre implication dans la construction et le suivi du calorimètre EMCal sont disponible ici: EMCal dans ALICE. Plus d'information sur le détail de vieilles analyses ici: Analyses avec l'EMCal.
