Utilisation de la sonde photonique pour l'étude du déconfinement de la matière

6 mars 2001 Xavier Camard - Réunion PHENIX-France

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Utilisation de la sonde photonique pour l'étude du déconfinement de la matière

Présentation de la thèse de Xavier Camard, SUBATECH - UMR 6457 - IN2P3-CNRS / Ecole

des Mines de Nantes / Université de Nantes


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Les avantages des photons en tant que sonde du plasma de quarks et de gluons

• les photons ne subissent pas l'interaction forte ils ne subissent pas d'interactions dans le plasma, leur libre parcours moyen est grand

• ils sont émis à différentes étapes de l’évolution du phénomène :

– dès la phase de formation du QGP (processus partoniques durs)– pendant la phase plasma proprement dites sous la forme d’un rayonnement thermique– pendant les phases ultérieures, comme produits des désintégrations des mésons (essentiellement des 0)


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Identification des photons

L'identification des photons se fait par :

• le profil des gerbes dans le calorimètre électromagnétique (réjection de 80 à 90 % des gerbes hadroniques)

• le temps de vol, qui permet la réjection des baryons

• par l’élimination des clusters des particules chargées avec d’autres détecteurs qu’EMCal, grâce au tracking de PHENIX.

La contamination du spectre de photon ne doit pas dépasser 1%, car les photons directs ne constituent que de 10 à 30% du total des photons.


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Les photons « durs » (1)

Ils sont issus des processus partoniques durs au sein du plasma

• annihilation quark-antiquark

• diffusion compton des quarks et des antiquark

• le bremsstrahlung entre quarks

La fragmentation des jets devrait elle aussi produire un nombre conséquent de photons durs

Annihilation quark-antiquark Diffusion Compton d'un quark

q

q

q

q

g

g

q

qg

g

qq


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Les photons « durs » (2)

• ils sont émis dans le domaine des grandes valeurs d’impulsion transverse (pt > 4 GeV/c)

• cette émission de photons se produit pendant la phase initiale du plasma

• l’étude des photons durs permet de remonter à la distribution des gluons dans les noyaux.

Les photons durs sont donc un moyen de voir la saturation des gluons, ce qui n’a jamais pu être observé auparavant


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Les photons thermiques

• la température est une donnée fondamentale pour l’étude du plasma de quarks et de gluons

le rayonnement thermique est directement relié à la température initiale du plasma

• ce rayonnement thermique n’a jamais été observé avec certitude

• le rayonnement thermique est surtout visible à moyen pt (~ 3 à 4 GeV/c)


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L'identification des 0

• la reconstruction des 0 se fait par le calcul de la masse invariante des paires de photons.

• La reconstruction des 0 est difficile à petit pt (pt < 2 GeV/c) :

– séparation difficile entre ceux qui proviennent du vertex et les autres

– fond combinatoire important dû à la grande multiplicité des photons

• les 0 sont identifiables jusqu’à une énergie d’au moins 20 à 25 GeV


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L’utilité des 0 : l’étude du jet-quenching

• les 0 issus du vertex sont des témoins du jet-quenching : les jets dont ils sont issus ont perdu une partie de leur énergie pendant la traversée du plasma

le spectre des 0 permet d’étudier le jet quenching sans contamination par d’autres baryons et à des pt plus grands que pour les particules chargées (champ magnétique gênant)

• Le jet-quenching a été évalué à 0.25 GeV/fm après étude du spectre des 0 (présentation de Gabor David à Quark Matter 2001)


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Le jet-quenching facilite la détection des photons directs

• le jet-quenching abaisse l'impulsion transverse des 0, diminuant le nombre de photons de décroissance à moyen et grand pt

les photons directs deviennent par conséquent plus faciles à observer

• la suppression des particules à grand pt est aisée à observer, sans avoir besoin de comparer avec les données pp et pA


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L'analyse des événements photon - jet

• les événements photon - jet sont intéressants pour l'étude du jet-quenching, permettant de regarder simultanément un photon n’ayant pas perdu d ’énergie après l’interaction initiale et le jet qui a subi le jet-quenching (observation de la modification de la fragmentation du jet à cause du jet-quenching)

• ils seront malheureusement très rares à PHENIX (49 événements/an à Et = 20 GeV), leur étude étant beaucoup plus aisée avec ALICE au LHC (cf. X.-N. Wang and Z. Huang, Phys. Rev. Lett. 77, 231-234 (1996))


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Travail à effectuer

• obtenir le spectre de photons inclusifs

• séparer composantes dure et de décroissance

• obtention de la densité des gluons dans les noyaux (photons directs)

• données sur la température initiale du plasma

• baisse du nombre de particules à grand pt à cause du jet-quenching


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Conclusion

• les propriétés des photons permettent de les observer facilement

• ils constituent une sonde directe du plasma de quarks et de gluons

• la seule difficulté reste leur identification, et la discrimination entre photons directs et photons de décroissance (mais alors où se trouverait le plaisir de l’analyse…)

Documents

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