Cette thèse consiste en une étude de la production exclusive de di-pions (π+π-) et di-électrons (e+e-) associée avec la formation d’un deuton dans la réaction quasi-libre neutron+proton aux moyens de faisceaux de deutons à une énergie cinétique de 2.5 GeV. La mesure a été effectuée à GSI (Darmstadt) en utilisant le spectromètre HADES installé sur le synchroton SIS18. L’étude est motivée par l’observation par HADES d’un excès dans la production inclusive de di-électrons dans les réactions neutron-proton par rapport à la réaction proton-proton à la même énergie nominale. Ce résultat a mis fin au problème de longue date de la production inexpliquée de di-électrons mesurée dans les collisions d’ions lourds. L’ analyse combinée des deux canaux est justifiée par les prédictions de modèles qui suggèrent que la production de ρ « hors-couche » est une source significative de paires e+e-.Les composants du détecteur, l’identification de particules, la reconstruction de l’impulsion et la sélection du canal sont décrits et expliqués en détail. Les sections efficaces différentielles pour la production de di-pions et di-électrons mesurées dans l’acceptance d’HADES sont présentées et comparées aux prédictions des modèles. En particulier, pour le canal de di-pions, les masses invariantes des systèmes de di-pions et deuteron-di-pions sont comparées au modèle décrivant les données de l’expérience WASA. Les sources conventionnelles de production de di-pions, comme la décroissance de deux résonances Δ(1232) ou d’une résonance N(1440), ne décrivent pas les données d’HADES et réclament d’autres contributions, comme par exemple la formation d’un di-baryon. Cependant, l’existence de ce processus, bien qu’en bon accord quantitatif avec nos données, n’a pas pu être prouvée sans ambiguité dans le cadre de cette analyse. Dans le canal de di-électrons, une valeur limite de 49 nb a pu être extraite pour la réaction : np→pd→γ* d→ e⁺e⁻d. De plus, il est montré que la prise en compte du canal pn→ ΔΔ→ ppn→e⁺e⁻pn améliore de façon significative la description des données d’HADES. / The main subject of this work is a study of the exclusive di-pion (π+π-) and di-electron (e+e-) production associated with deuteron formation in a quasi-free neutron+proton reaction by means of deuteron beams with kinetic energy of 2.5 GeV. The measurement was conducted at GSI, Darmstadt exploiting the HADES spectrometer operating on SIS18 synchrotron. The study was motivated by the observation of the yield excess in the inclusive di-electron production in neutron-proton over the proton-proton collisions at the same nominal energy measured by the HADES and solving the long standing puzzle of the unexplained di-electron yield measured in heavy ion collisions. The relevance of the combined analysis of the two channels follows from predictions of model calculations suggesting a significant contribution to the e+e- yield from off-shell ρ meson production. Furthermore, the results on di-pion production provide valuable verification of the di-baryon formation, recently reported by WASA collaboration, in the complementary phase space region covered by the HADES.Detector components, particle identification, momentum reconstruction and the channel selection are described and explained in details. Differential cross sections for the di-pion and dielectron production, within the HADES acceptance, are presented and compared to model predictions. In particular, for the di-pion channel, the di-pion and deuteron-di-pion invariant mass distributions are compared to the model describing data from the WASA experiment. It is shown that conventional sources of di-pion production, like double Δ(1232) and N*(1440) decays do not describe HADES data and call for additional contributions, like for example di-baryon formation. However, the production of the latter one, though in quantitative agreement with our data, could not be unambiguously proven by the presented analysis. In the dielectron channel, an upper limit of 49 nb has been extracted for the np→pd→γ* d→ e⁺e⁻d reaction. Furthermore, it has been shown that inclusion of the recently suggested: pn→ ΔΔ→ ppn→e⁺e⁻pn improves significantly the description of the HADES dielectron data.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第18787号 / 理博第4045号 / 新制||理||1582(附属図書館) / 31738 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 永江 知文, 教授 谷森 達, 准教授 成木 恵 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes offrent la possibilité de créer des conditions de température et de densité suffisantes pour conduire la matière nucléaire à un état de partons déconfinés appelé le plasma de quarks et de gluons. <br />La production des baryons étranges est l'une des observables essentielles pour la compréhension des mécanismes opérant dans le milieu. <br />De plus, certaines prédictions théoriques envisagent la possibilité de production de dibaryons étranges, particules encore hypothétiques, dont la preuve de l'existence aurait des conséquences importantes en physique nucléaire et en astrophysique. <br />Les expériences STAR et, bientôt, ALICE, installées respectivement auprès des collisionneurs RHIC et LHC, rendent accessible la recherche des baryons et des dibaryons étranges.<br /><br />Une simulation consacrée au dibaryon métastable $\rm {H^0}$ dans son mode de désintégration $\Lambda p \pi^-$ a permis de calculer la sensibilité de STAR à une telle particule. La recherche de ce $\rm {H^0}$ ainsi que celle de la résonance $\Xi^-p$ ont été menées dans les données Au+Au de STAR aux énergies de $\sqrt{s_{NN}}=62.4$ et $200~GeV$.<br /><br />Dans le cadre de la préparation aux premières données Pb+Pb de l'expé-rience ALICE, plusieurs simulations ont permis d'estimer les performances du détecteur quant à l'identification des baryons étranges $\Lambda$, $\Xi$ et $\Omega$. Afin de favoriser leur efficacité de reconstruction dans une large gamme d'impulsion transverse tout en gardant un rapport S/B raisonnable, l'influence des sélections géométriques et de la taille de la zone de reconstruction a été soulignée. Par ailleurs, la sensibilité d'ALICE à l'identification des dibaryons étranges métastables ${\rm H^0}$ et $(\Xi^0p)_b$, ainsi que celle de la résonance $\Lambda\Lambda$, a été calculée.

La production d'étrangeté est une composante majeure de la mise en évidence d'une phase de partons déconfinés dans les collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Parmi les nouvelles expériences ayant pris place auprès du collisionneur RHIC, STAR (Solenoidal Tracker At RHIC) offre d'importantes possibilités pour la reconstruction de particules multi-étranges comme les Oméga et l'hypothétique dibaryon H0. Nous avons détaillé les principales motivations de ce type d'étude replacées dans le contexte de différents modèles ainsi que des expériences passées. L'analyse des collisions issues des premières prises de données de STAR à 130 GeV par paire de nucléons dans le centre de masse, grâce à la mise au point de sélections spécifiques, nous a permis d'obtenir un signal significatif d'Oméga et d'anti-Oméga. Concernant les deux modes de désintégration envisagés pour les H0, aucun signal significatif n'a pu être observé. A partir de simulations, il a été possible d'estimer l'efficacité de détection de ces particules étranges et de déterminer la sensibilité de détection de STAR pour la reconstruction d'un des modes de désintégration supposés du H0 qui s'élève à 0,39 H0 par événement pour la première année de fonctionnement. De même, la détermination de l'efficacité de notre sélection des Omégas nous a permis d'établir le rapport anti-particule/particule (0.95 +/- 0.15) puis de déterminer le taux de production dN/dy= 0.64 +/- 0.14 et le paramètre de pente inverse correspondant T= 411 +/- 44 MeV. Ces résultats entachés actuellement d'une grande incertitude statistique restent compatibles avec différentes prédictions théoriques. Ils ne permettent donc pas encore de conclure quant à l'existence d'un plasma de quarks et de gluons.