En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez le dépôt de cookies dans votre navigateur. (En savoir plus)

Doctorant "Etude du Plasma Quarks-Gluons avec l'expérience ALICE au LHC" (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : lundi 28 juin 2021

Assurez-vous que votre profil candidat soit correctement renseigné avant de postuler. Les informations de votre profil complètent celles associées à chaque candidature. Afin d’augmenter votre visibilité sur notre Portail Emploi et ainsi permettre aux recruteurs de consulter votre profil candidat, vous avez la possibilité de déposer votre CV dans notre CVThèque en un clic !

Faites connaître cette offre !

Informations générales

Référence : UMR5821-CHRVEL-094
Lieu de travail : GRENOBLE
Date de publication : lundi 7 juin 2021
Nom du responsable scientifique : Julien FAIVRE / Gustavo CONESA BALBASTRE
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Etude du Plasma Quarks-Gluons avec l'expérience ALICE au LHC :
mesure des correlations entre une sonde dure et ses hadrons de recul.

La discipline nommée ``physique des ions lourds'' a pour but d'explorer la QCD (Chromodynamique Quantique, la théorie décrivant l'interaction forte) et l'interaction forte en étudiant les propriétés du Plasma de Quarks et de Gluons (QGP) formé dans les collisions de noyaux lourds ultra-relativistes. Cet état de la matière est l'analogue du plasma électromagnétique pour l'interaction forte : la densité d'énergie élevée déposée dans un volume fini résulte en un déconfinement des charges de couleur (les partons), qui ne forment plus des hadrons liés.

De telles expériences, placées sur des accélérateurs de haute énergie comme RHIC (BNL) et LHC (CERN), permettent de tester la QCD dans un régime non-perturbatif, pour un milieu déconfiné de taille finie : une situation unique. La découverte du QGP, au début des années 2000, a été suivie d'une période durant laquelle son concept a été validé et de nouvelles observables développées. Beaucoup de progrès ont été obtenus depuis, autant du côté expérimental que théorique. Dans le domaine des basses énergies en particulier, des calculs basés sur la QCD de l'équation d'état du QGP ou du rapport de sa viscosité de cisaillement sur la densité d'entropie ont pu être comparés aux mesures.

D'autres propriétés du QGP ne sont pas encore aussi bien déterminées. En particulier, des calculs, aussi bien de QCD perturbative que de QCD sur réseau, d'un paramètre clef quantifiant l'interaction entre un parton énergétique et le QGP qu'il traverse, existent mais sont préliminaires. Des mesures contraignant ce paramètre stimuleraient donc les calculs dans ce domaine. Expérimentalement, cela est réalisé en analysant comment les propriétés (énergie et direction) du parton et de sa gerbe partonique changent par rapport à une production dans le vide (collisions p-p), ou en fonction de la longueur du parcours traversé dans le milieu. Des exemples d'observables pertinentes sont les modifications de l'énergie ou de la sous-structure des jets, des fonctions de fragmentation, des impulsions et angles des particules par rapport à la direction du processus dur, etc…

Du fait que l'information extraite est plus précise lorsque les propriétés du parton avant sa traversée du QGP sont connues sans biais, l'étude d'événements photon-jet, dans lesquels un parton est produit à l'opposé d'un photon (neutre de couleur, donc non affecté par le QGP), est d'une importance majeure. Le prix à payer, cependant, est une section efficace de production photon-jet un ordre de grandeur plus basse que celle des processus di-jet les plus fréquents.

Ces mesures de jets ou hadrons corrélés avec un photon appelé ``direct'' ont été faits à RHIC (énergies plus basses dans le centre de masse) vers 10 GeV, et à LHC au-delà d'environ 50 GeV. Mais pour contraindre les modèles, il est aussi nécessaire de mesurer les propriétés de cette perte d'énergie partonique et de sa redistribution dans le milieu dans un large domaine d'énergie du parton (donc du photon). Il est donc important d'utiliser le détecteur ALICE, conçu pour se focaliser sur ces basses énergies, pour repousser la limite basse en énergie de photon, où les effets du QGP sur le parton sont plus prononcés.

Une autre raison de s'approcher du domaine autour de 10 GeV est la préparation des runs LHC de 2022-2029, pour lesquels les mesures de corrélations avec des quarks lourds deviendront possibles dans ce domaine, grâce aux performances d'identification uniques d'ALICE. Des calculs de QCD indiquent en effet que les radiations de gluons aux petits angles sont réduites pour les quarks lourds (“dead cone effect”), résultant en une dépendance en masse de l'énergie perdue par le parton, un effet plus visible aux plus basses énergies de processus.


Le groupe ALICE du LPSC-Grenoble a donc étudié la faisabilité de l'utilisation de corrélations photon-hadrons pour obtenir des informations sur la quantité d'énergie perdue par le parton émis à l'opposé du photon, et sur comment elle est redistribuée au milieu. Le photon fournit une référence en énergie et en direction du processus dur, tandis que l'information sur l'interaction du parton avec le QGP est donnée par les hadrons situés du côté opposé du photon en azimut.

L'identification de ces photons directs est rendue difficile par l'important fond constitué de photons de décroissance et de fragmentation. Une technique clef pour augmenter la pureté de l'échantillon de candidats est l'isolation : puisque les photons directs proviennent directement du processus dur, ils devraient être seuls dans leur région angulaire, hormis l'inévitable fond provenant de l'événement sous-jacent (UE). La mesure de la quantité d'énergie dans un cône autour de la particule candidate permet de sélectionner celles qui apparaissent isolées.

Il a été montré que cette technique d'identification fonctionne jusqu'à 10 GeV dans ALICE pour les collisions p-p, pour lesquelles l'UE peut être ignoré, ainsi qu'en p-Pb, où l'UE deux fois plus important doit être estimé et soustrait de l'énergie présente dans le cône. Dans les collisions Pb-Pb centrales (à faible paramètre d'impact), l'UE peut être plus d'un ordre de grandeur plus élevé. L'UE a de plus des caractéristiques très différentes en Pb-Pb par rapport à p-Pb : il résulte de l'hadronization de la ``boule de plasma'', et garde l'empreinte à la fois de l'évolution thermodynamique et de l'état initial de la collision. Des techniques maîtrisées permettent de mesurer ses caractéristiques événement par événement, mais la gestion de sa quantité reste un défi.

La thèse que nous proposons a pour but de développer cette analyse, à partir d'études préliminaires déjà existantes, et de la tester sur les grands jeux de données Pb-Pb collectés en 2015 et 2018 par l'expérience ALICE. Cette étape importante déterminera si d'autres études sont faisables avec la statistique des runs de 2022-2029 de LHC, par exemple des mesures plus différentielles pour mieux contraindre les modèles, ou la mesure de la perte d'énergie des quarks lourds pour tester la prédiction d'une dépendance en masse de la perte d'énergie.

Après une période introductive de familiarisation avec l'environnement software d'ALICE et d'études préliminaires, l'étudiant.e en thèse travaillera à la détermination des valeurs de paramètres et des choix pour l'analyse des corrélations de photons et pi0 isolés avec des hadrons, et pourra ensuite étudier les incertitudes systématiques. Un travail de ``service à la collaboration'' de 6 mois est exigé avant la troisième année de la thèse.

Si des difficultés inattendues surgissent, l'étudiant.e aura la possibilité de passer à l'étude des mesures de corrélations dans l'important jeu de données p-p en se focalisant sur celles avec le plus grand nombre de particules (multiplicité) dans l'état final, dans lesquelles des effets collectifs ont été découverts, et desquelles les caractéristiques différentes de l'événement sous-jacent sont mal décrites par les générateurs d'événements actuels pour le Monte-Carlo.

L'étudiant.e qui nous rejoindra deviendra membre de la collaboration ALICE, qui comprend 1500 membres provenant de 150 instituts de presque 40 pays.Le groupe ayant un budget prévu pour les voyages, cela devrait permettre à l'étudiant.e de se déplacer régulièrement au CERN ou en d'autres lieux pertinents, pour du travail collaboratif ou des conférences.

Contexte de travail

Le laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble (LPSC) (http://lpsc.in2p3.fr) est une unité mixte de recherche associant le CNRS-IN2P3, l'Université Grenoble Alpes (UGA) et l'école Grenoble INP, pour un effectif moyen d'environ 230 personnes.
Le ou la doctorant.e sera affecté.e au groupe ALICE du LPSC, composé de 4 agent.e.s, et
sera placé.e sous l'autorité hiérarchique directe de la ou du responsable du groupe.
Ses directeurs de thèse seront Julien FAIVRE et Gustavo CONESA BALBASTRE

On en parle sur Twitter !