Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Alguns aspectos não perturbativos das teorias de Yang-Mills puras em quatro dimensões Euclideanas, quantizadas no calibre de Landau, são estudados analiticamente. Por pura entendemos a teoria na ausência de matéria (férmions). Em particular, ivestigamos a geração dinâmica de massa para os gluons devido a presença de condensados de dimensão dois. Este estudo é feito utilizando a técnica de operadores locais compostos no caso da ação de Yang-Mills, bem como, no caso da ação de Gribov-Zwanziger. Além deste estudo, uma investigação sobre as ambigüidades de Gribov nos calibres lineares covariantes é apresentada. No caso da ação de Yang-Mills, fizemos uma análise detalhada da técnica de opera-dores locais compostos quando introduzidos, simultaneamente, os operadores A&#956;aA&#956;a e fabcc*bcc. Através da teoria da renormalização algébrica, provamos a renormalizabilidade do modelo a todas as ordens em teoria de perturbações. Com o auxílio das equações do grupo de renormalização uma ação quântica efetiva é construída para os condensados <A&#956;aA&#956;a> e <fabcc*bcc>. Esta construção é feita utilizando a regularização dimensional em conjunto com o esquema de renormalização MS. Mostramos que um valor não trivial para estes condensados é favorecido dinamicamente, independentemente da escala escolhida. Cálculos explícitos, a um laço, são apresentados fornecendo estimativas numéricas para estes condensados e para a energia do vácuo. Através de um estudo via identidades de Ward, somos capazes de mostrar formalmente que a presença do condensado Overhauser, <fabcc*bcc>, é responsável pela quebra de transversalidade da polarização do vácuo. Contudo, o propagador do glúon permanece transverso, a todas as ordens em teorias de perturbações. Finalmente, esta análise é terminada com o cálculo explícito da correção, a um laço, à massa do glúon, devido a presença destes condensados. O resultado é que existe uma quebra na degenerescência da massa entre gluons Abelianos e não Abelianos. Esta quebra, devido a massa não Abeliana ser maior que a Abeliana, pode ser interpretada como uma evidência da dominância Abeliana no calibre de Landau. Com relação à ação de Gribov-Zwanziger sem a inclusão de condensados, começamos por efetuar cálculos explícitos. Mostramos formalmente que, a um laço, a energia do vácuo será sempre positiva, independentemente do esquema de renormalização escolhido e da escala. Apresentamos uma discussão sobre a procura de soluções da condição de horizonte no esquema MS, a um e dois laços, e as respectivas dificuldades encontradas. Em seguida, mostramos, através da teoria de renormalização algébrica, que a inclusão do operador A&#956;aA&#956;a na ação de Gribov-Zwanziger via o formalismo LCO é renormalizável a todas as ordens em teoria de perturbações. Tentativas de resolver as equações de gap são apresentadas no esquema de renormalização MS a um laço. Mostramos formalmente que, para a condição de horizonte, não existem soluções para <A&#956;aA&#956;a> < 0 e somente uma solução para <A&#956;aA&#956;a> > 0 pode existir. Contudo, no esquema MS, não fomos capazes de encontrar esta solução explicitamente. Desta forma, uma aprimoração do esquema de renormalização é feita de forma a minimizar a dependência no esquema escolhido. Nesta otimização encontramos a solução no limite MS bem como para o caso em que a dependência no esquema de renormalização é mínima. Em ambos os casos, a energia do vácuo se mostra positiva e o condensado <A&#956;aA&#956;a> > 0. Após os cálculos explícitos, uma discussão sobre as conseqüências físicas de um parâmetro de Gribov não nulo é apresentada. Finalmente, apresentamos um estudo das ambiguidades de Gribov nos calibres lineares covariantes para o caso em que &#945;<<1, onde &#945; é o parâmetro de calibre. Após identificar uma região no espaço funcional das configurações na qual não existem cópias de Gribov próximas, efetuamos a respectiva restrição da integral de caminho. Como efeito no nível árvore, o propagador do glúon transverso se torna suprimido no limite infravermelho devido a presença do horizonte de Gribov. A componente longitudinal se mostra suprimida devido a geração dinâmica de massa, associada ao condensado <A&#956;aA&#956;a>. Ainda, diferentemente do calibre de Landau, o propagador dos campos fantasmas não apresenta conexão com forças de longo alcance. Em contrapartida, uma função de Green singular no infravermelho, relacionada ao horizonte, é identificada e pode ser associada a forças de longo alcance. Por fim, todos os resultados do calibre de Landau são recuperados no limite &#945;&#8594;0.. / Some nonperturbative aspects of Euclidean Yang-Mills theories in four dimensions,quantized in the Landau gauge, are analytically studied. In particular, we investigate the dynamical mass generation for the gluons due to the presence of dimension two condensates. This study is performed in the framework of the local composite operator technique in the case of the Yang-Mills action as well as in the case of the Gribov-Zwanziger action. Further, an investigation of the Gribov ambiguities in the linear covariant gauges is presented. In the case of the Yang-Mills action, we perform a detailed analysis of the local composite operator formalism when the operators AaAa and fabccbcc are simultaneously introduced. Using the algebraic renormalization theory, we prove the renormalizability of the model trough all orders in perturbation theory. With the help of the renormalization group equations, a quantum efective action for the condensates <AaAa> and <fabccbcc> is constructed. This construction is performed by means of the dimensional regularization in the MS renormalization scheme. We show that non vanishing condensates values are dynamically favored, independently of the chosen scale. Explicit one loop computations are then presented, providing estimates for the condensates as well as for the vacuum energy. With the help of suitable Ward identities, we are able to normally show that the presence of the condensate <fabccbcc> is responsible for the breaking of the transversality of the vacuum polarization. However, the gluon propagator remains transverse, trough all orders in perturbation theory. Finally, we end this analysis with the explicit computation of the one loop correction to the efective gluon mass. The result is that, due to the condensate <fabccbcc>, the Abelian and the non Abelian sectors acquire diferent masses. Since the non Abelian mass is larger than the Abelian one, this feature can be interpreted as an evidence for the Abelian dominance principle in the Landau gauge. With respect to the Gribov-Zwanziger action, we start our analysis without taking into account the condensate. We show that, at one loop order, the vacuum energy is always positive, independently of the renormalization scheme and scale. We also present attempts to solve the one and two loops horizon condition in the MS scheme, and also the respective obstacles of it. Later, using the algebraic renormalization theory, we show, to all orders in perturbation theory, the renormalizability of the Gribov-Zwanziger action when the composite operator AaAa is included in the framework of the local composite operator technique. Attempts to solve the one loop gap equations in the MS scheme are then presented. We show that there are no solutions for <AaAa> < 0 while for <AaAai> 0 there is only one possible solution for the horizon condition. However, in the MS scheme, we were not able to find explicitly that solution. As an improvement, an optimization of the renormalization scheme is performed in the sense of minimizing the renormalization scheme dependence. In that approach the MS limit solution was found as well as the solution with minimal dependence on the renormalization scheme. In both cases, the vacuum energy shows itself to be positive while the condensate <AaAa> > 0. A discussion of the consequences of a nonvanishing Gribov parameter is then provided. Finally, we present a study of the Gribov ambiguities in the linear covariant gauges for the case &#945;<<1, where &#945; is the gauge parameter. After the identification of a region in field space where there are no close Gribov copies, we perform the respective restriction in the path integral. As a tree level efect, the transverse gluon propagator turns out to be infrared suppressed, due to the presence of the Gribov horizon. The longitudinal component shows itself to be infrared suppressed due to the dynamical mass, associated with the condensate <AaAa>. Further, diferently of the Landau gauge, the ghost propagator is not related to the appearance of long range forces. Instead, an infrared singular Green function related to the Gribov horizon is identifed. This Green function can be associated with long range forces. At the end, all Landau gauge results can be recovered taking the limit &#945;&#8594;0.

La Chromodynamique Quantique prédit que la matière chaude et dense produite en collisions d'ions lourds ultra-relativistes, le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP), se conduit comme un état déconfiné de quarks et gluons.ALICE est la seule expérience au LHC qui a été conçue et construite pour caractériser la physique du QGP. Le spectromètre à muons, un des détecteurs d'ALICE, est utilisé pour mesurer la production de quarkonia à rapidité en avant.Dans la thèse suivante, l'efficacité des chambres de trajectographie du spectromètre à muons est étudiée durant une année de pris des données. Les résultats obtenus des données réelles sont comparés avec des simulations pour calculer les incertitudes systématiques par rapport aux chambres de trajectographie.Une analyse complète de la production inclusive de J/psi --> mu^+ mu^- dans les collisions Pb-Pb 2011 est également presentée. L' étude inclut l'extraction du signal, normalisation et corrections d'acceptance et d'efficacité. Une partie importante est consacrée à quantifier les incertitudes systématiques liées aux différentes sources. Les résultats, R_{AA} et <p_{T}> , sont comparés avec des expériences précédentes et des modèles théoriques. / Quantum Chromodynamics predicts that the hot and dense matter produced in ultra-relativistic heavy-ion collisions, the Quark Gluon Plasma (QGP), behaves as a deconfined state of quarks and gluons. Since 1980's it was predicted that quarkonia are suppressed due to screening effects in the QGP, making quarkonia a good tool to probe the plasma.ALICE is the only experiment at the LHC that was designed and built to characterize the physics of the QGP. The muon spectrometer, one of the detectors in ALICE, is used to measure the quarkonia production at forward rapidity. In this thesis the efficiency of the tracking chambers of the muon spectrometer is studied along one year of data taking. The results obtained from real data are compared to simulations in order to compute the systematic uncertainties associated to the tracking apparatus.A complete analysis of the inclusive J/psi --> mu^+ mu^- production in the 2011 Pb-Pb collisions is also presented. The study includes the signal extraction, normalization and acceptance times efficiency corrections. An important part is dedicated to the quantify the systematic uncertainties arising from different sources. The resulting R_{AA} and <p_{T}> are compared to previous experiments and also to theoretical models.

Les jets sont les signatures expérimentales des quarks et des gluons émergeant des diffusions dures produites lors des interactions hadroniques. La section efficace de production de jets se calcule dans la cadre de la ChromoDynamique Quantique perturbative (pCDQ), faisant des mesures de jets un test sévère des prédictions de la pCDQ. En collisions d'ions lourds ultrarelativistes, les jets constituent des sondes bien étalonnées du Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Dans des conditions extrêmes de température et de pression, les partons se déconfinent pour former une matière QCD en interaction forte. Les partons émis dans les collisions dures perdent de l'énergie à la traversée de ce milieu par perte d'énergie radiative et collisionnelle. Les propriétés des jets sont alors modifiées par rapport au vide, phénomène appelé étouffement des jets. Les propriétés de transport du PGQ peuvent être étudiées par la mesure de l'étouffement des jets.Les sections efficaces de production de jets chargés en collisions proton-proton (pp) aux énergies de 2.76 TeV et 7 TeV ont été mesurées par l'expérience ALICE puis comparées aux prédiction de la pCDQ à l'ordre dominant. En collisions Pb-Pb, l'intensité de la suppression des jets, inclusive et en fonction de la longueur de parcours dans le milieu, a été évaluée par la mesure des facteurs de modification nucléaire ($R_{mathrm{AA}}$) aux énergies de 2.76 TeV et 5.02 TeV. Le flot elliptique $v_{2}$, défini comme la distribution azitmutale par rapport au plan de réaction du deuxième ordre, qui est une grandeur sensible à la longueur de parcours des partons dans le milieu selon ou hors du plan de réaction, a été mesuré à l'énergie de 2.76 TeV. Cette mesure pour les collisions semi-centrales est en accord avec les prédictions théoriques. La réponse du milieu a été étudiée par l'intermédiaire des correlations jet-trace en fonction de la centralité de la collisionà l'énergie de 2.76 TeV. Les résultats obtenus suggérant une redistribution de l'énergie à grand angle par rapport à l'axe du jet. Ces résultats sont correctement décrits par des calculs phénoménologiques incluant l'évolution hydrodynamique du milieu.Dans cette thèse, deux aspects complémentaires de la mesure des jets à l'aide du détecteur ALICE ont été étudiés. D'une part, l'amélioration du système de déclenchement calorimétrique de l'expérience ALICE est présentée. Le Calorimètre Di-jet (DCal) a été installé pendant le premier arrêt long du LHC (LS1) afin d'étendre la couverture azimutale de l'existant Calorimètre ElectroMagnétique (EMCal) et Spectromètre à PHOtons (PHOS). Cette mise à jour a consisté à tenir compte de cette nouvelle configuration des détecteurs. Un nouveau micrologiciel de la carte électronique Summary Trigger Unit (STU) du sytème de déclenchement calorimétrique implementant un algorithme original combinant les informations des trois calorimètres a été développé. D'autre part, la mesure de la section efficace de production de jets chargés reconstruits avec différentes résolutions $R=0.2$, $0.3$, $0.4$ et $0.6$ en collisions pp à l'energie de 5.02 TeV est présentée. La comparaison de la section efficace mesurée avec les prédictions de la pCDQ à l'ordre sous-dominant (NLO) montre une bonne adéquation dans la région $10 < p_{mathrm{T},text{jet}}^{text{ch}} < 100 mathrm{GeV}/c$. La mesure du $v_{2}$ des jets chargés dans les collisions Pb-Pb semi-centrales (30-50%) à l'energie de 5.02 TeV est également exposée dans cette thèse. Les résultats obtenus ont été comparés à une simulation rapide basée sur le modèle de Glauber tenant compte de la dépendance de la suppression des jets selon leur longueur de parcours dans le milieu. Enfin, la mesure des corrélations entres jets chargés et hadrons dans les collisions Pb-Pb semi-centrales (30-50%) à l'energie de 5.02 TeV est présentée dans le but d'étudier la dépendance de la modification des jets en fonction de la géométrie de la collisions Pb-Pb. / Jets, defined as collimated sprays of high-momentum particles, are experimental signatures of hard-scattered quarks and gluons produced in hadronic interactions. The jet production cross section is calculable within perturbative Quantum ChromoDynamics (pQCD), and therefore jet measurements provide stringent tests of pQCD predictions. In relativistic heavy-ion collisions, jets are well calibrated probes of the Quark-Gluon Plasma (QGP). Under extreme conditions of temperature and/or pressure, partons are deconfined and form a strongly interacting QCD medium. The initial hard scattered partons lose energy while traversing this medium due to radiative and collisional energy loss. Consequently, jet properties get modified in comparison with the vacuum case, phenomenon named jet quenching. QGP transport properties can be studied by measuring jet quenching.The charged jet production cross sections in pp collisions at $sqrt{s} = 2.76 mathrm{TeV}$ and $sqrt{s} = 7 mathrm{TeV}$ were measured by the ALICE experiment and compared to Leading-Order (LO) pQCD predictions. In Pb-Pb collisions, the strength of jet suppression was quantitatively assessed at $sqrt{s_{mathrm{NN}}} = 2.76 mathrm{TeV}$ and $sqrt{s_{mathrm{NN}}} = 5.02 mathrm{TeV}$ via the measurement of the nuclear modification factors ($R_{mathrm{AA}}$). The strength of charged jet suppression was quantified as a function of in-medium parton path-length based on the measured $R_{mathrm{AA}}$. The jet elliptic flow $v_{2}$, defined as the jet azimuthal distribution relative to the $2^{nd}$ order event plane, which is sensitive to the difference of the in-medium parton path-length in-plane and out-of-plane, was measured at $sqrt{s_{mathrm{NN}}} = 2.76 mathrm{TeV}$. The measured jet $v_{2}$ in mid-central Pb-Pb collisions was consistent with model predictions. The medium response has been studied through jet-track correlations at $sqrt{s_{mathrm{NN}}} = 2.76 mathrm{TeV}$ as a function of centrality. The result suggested that the in-medium suppressed energy was re-distributed to large angles with respect to the jet axis. The phenomenon was described by a phenomenological calculation taking into account hydrodynamical evolution of the medium.In this thesis, two complementary aspects of jet measurements with the ALICE detector at the LHC were studied. First, the upgrade of the ALICE electromagnetic calorimeter trigger system is presented. The Di-jet Calorimeter (DCal) has been installed during LHC Long Shutdown 1 (LS1) to extend the azimuthal coverage of the existing ElectroMagnetic Calorimeter (EMCal) and PHOton Spectrometer (PHOS). The trigger system has been upgraded to account for this new detector configuration. The firmware for the Summary Trigger Unit (STU), which is the electronics of the trigger system, was upgraded to implement a brand new algorithm combining information from the calorimeters. Second, the measurement of the production cross section of charged jets reconstructed with cone resolution parameter $R=0.2$, $0.3$, $0.4$, and $0.6$ in pp collisions at $sqrt{s} = 5.02 mathrm{TeV}$ is outlined. A comparison of the production cross section to LO and Next-Leading-Order (NLO) pQCD predictions is shown. Good agreement of the production cross section with NLO pQCD calculations is found for $10 < p_{mathrm{T},text{jet}}^{text{ch}} < 100 mathrm{GeV}/c$. The measurement of charged jet $v_{2}$ in mid-central (30-50%) Pb-Pb collisions at $sqrt{s_{mathrm{NN}}} = 5.02 mathrm{TeV}$ is also presented. The results are compared with a toy-model Glauber simulation based on the measured path-length dependence of jet suppression. Finally, the measurement of charged jet-hadron correlations in mid-central (30-50%) Pb-Pb collisions at $sqrt{s_{mathrm{NN}}} = 5.02 mathrm{TeV}$ with respect to the $2^{nd}$ order event plane is also presented in order to study initial collision geometry dependence of jet modification in Pb-Pb collisions.

La théorie de la chromodynamique quantique prédit l’existence d’un état déconfiné de la matière appelé Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Expérimentalement, la formation d’un PQG est attendue sous les conditions extrêmes de température et de densité atteintes lors de collisions d’ions lourds ultra-relativistes. Afin d’observer et de caractériser de manière indirecte un tel état de la matière, de nombreuses observables ont été proposées. En particulier, les phénomènes de suppression et de(re)combinaison du meson J/Ψ dans le PQG sont intensément étudiés. Cette thèse présente l’analyse de la production inclusive de J/Ψ dans les collisions Pb-Pb, à une énergie dans le centre de masse √sNN = 2,76 TeV, détectés avec le spectromètre à muons de l’expérience ALICE au LHC. A partir de la statistique élevée d’événements collectés lors de la prise de données de 2011, le facteur de modification nucléaire du J/Ψ a été mesuré en fonction de son impulsion transverse, de sa rapidité et de la centralité de la collision. L’impulsion transverse moyenne du J/Ψ a également été mesurée en fonction de la centralité. Les prédictions des modèles théoriques, incluant tous une contribution de (re)combinaison, présentent un bon accord avec les données. Enfin, un excès de J/Ψ de très faible impulsion transverse (<300 MeV/c) par rapport à la production hadronique attendue a été observé pour la première fois. / The quantum chromodynamics theory predicts the existence of a deconfined state of matter called Quark Gluon Plasma (QGP). Experimentally, the formation of a QGP is expected under the extreme conditions of temperature and density reached in ultra-relativisticheavy-ion collisions. Many observables were proposed to observe and characterize indirectly such a state of matter. In particular, the phenomena of suppression and (re)combination of the J/Ψ meson in the QGP are extensively studied. This thesis presents the analysis of the inclusive production of J/Ψ in Pb-Pb collisions, at a center of mass energy √sNN = 2.76 TeV, detected with the ALICE muon spectrometer at the LHC. From the high statistics of events collected during 2011 datataking, the J/Ψ nuclear modification factor was measured as a function of transverse momentum, rapidity and collision centrality. The J/Ψ mean transverse momentum was also measured as a function of centrality. The predictions of theoretical models, all including a (re)combination contribution, are in good agreement with data. Finally, an excess of J/Ψ yield at very low transverse momentum (<300 MeV/c) with respect to the expected hadronic production was observed fort he first time.

A correspondência AdS/CFT é uma notável ferramenta no estudo de teorias de gauge fortemente acopladas que podem ser mapeadas em uma descrição gravitacional dual fracamente acoplada. A correspondência é melhor entendida no limite em que ambos $N$ e $\\lambda$, o rank do grupo de gauge e o acoplamento de \'t Hooft da teoria de gauge, respectivamente, são infinitos. Levar em consideração interações com termos de curvatura de ordem superior nos permite considerar correções de $\\lambda$ finito. Por exemplo, a primeira correção de acoplamento finito para supergravidade tipo IIB surge como um termo de curvatura com forma esquemática $\\alpha\'^3 R^4$. Neste trabalho investigamos correções de curvatura no contexto da gravidade de Lovelock, que é um cenário simples para investigar tais correções pois as suas equações de movimento ainda são de segunda ordem em derivadas. Esse cenário também é particularmente interessante do ponto de vista da correspondência AdS/CFT devido a sua grande classe de soluções de buracos negros assintoticamente AdS. Consideramos um sistema de gravidade AdS-axion-dilaton em cinco dimensões com um termo de Gauss-Bonnet e encontramos uma solução das equações de movimento, o que corresponde a uma black brane exibindo uma anisotropia espacial, onde a fonte da anisotropia é um campo escalar linear em uma das coordenadas espaciais. Estudamos suas propriedades termodinâmicas e realizamos a renormalização holográfica usando o método de Hamilton-Jacobi. Finalmente, usamos a solução obtida como dual gravitacional de um plasma anisotrópico fortemente acoplado com duas cargas centrais independentes, $a eq c$. Calculamos vários observáveis relevantes para o estudo do plasma, a saber, a viscosidade de cisalhamento sobre densidade de entropia, a força de arrasto, o parâmetro de jet quenching, o potencial entre um par quark-antiquark e a taxa de produção de fótons. / The AdS/CFT correspondence is a remarkable tool in the study of strongly coupled gauge theories which can be mapped to a dual, weakly coupled gravitational description. The correspondence is best understood in the limit in which both $N$ and $\\lambda$, the rank of the gauge group and the \'t Hooft coupling of the gauge theory, respectively, are infinite. Accounting for higher curvature interactions allows one to begin to consider finite $\\lambda$. For example, the leading finite coupling corrections to type IIB supergravity arise as stringy corrections with schematic form $\\alpha\'^3 R^4$. In this work we investigate higher curvature corrections in a simpler scenario, the Lovelock gravity. Lovelock gravity is a nice framework to investigate such corrections since its equations of motion are still second order in derivatives and is particularly interesting from the point of view of the AdS/CFT correspondence because a large class of asymptotically AdS black holes solutions are known. We consider five-dimensional AdS-axion-dilaton gravity with a Gauss-Bonnet term and find a solution of the equations of motion which corresponds to a black brane exhibiting a spatial anisotropy, with the source of the anisotropy being an axion field linear in one of the spatial coordinates. We study its thermodynamics and we carry out the holographic renormalization using the Hamilton-Jacobi approach. Finally, we use the solution as a gravity dual to a strongly coupled anisotropic plasma with two independent central charges, $a eq c$. We compute several observables relevant to the study of the plasma, namely, the shear viscosity over entropy density ratio, the drag force, the jet quenching parameter, the quarkonium potential and the thermal photon production.

Dans ce travail, nous caractérisons la production des baryons multi-étranges Xi et Omega dans des collisions Au+Au produites au RHIC où l'on attend l'éventuelle formation d'une matière de quarks et de gluons déconfinés (QGP). Nous analysons avec l'expérience STAR les collisions obtenues à une énergie de 62 GeV, intermédiaire entre celle atteinte au SPS (17 GeV) et l'énergie nominale du RHIC (200 GeV). Les spectres en impulsions transverses, les taux de production et l'écoulement elliptique sont mesurés avec différentes méthodes permettant une estimation pertinente des incertitudes systématiques. Ces résultats sont comparés à des modèles statistiques et hydrodynamiques que nous avons adaptés à l'énergie de 62 GeV. Les propriétés chimiques et dynamiques du milieu ainsi obtenues indiquent la formation d'un milieu au moins partiellement thermalisé et suggèrent la formation d'un état comparable à 62 GeV et à 200 GeV.

A l'instar des trois autres expériences auprès du collisionneur RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) du Brookhaven National Laboratory près de New York, STAR (Solenoidal Tracker At RHIC) est entièrement consacrée à la mise en évidence de cet état particulier de la matière nucléaire prédit par les calculs de QCD (Quantum ChromoDynamics) sur réseau : le plasma de quarks et de gluons (QGP pour Quark Gluon Plasma). Cet état, supposé être celui de l'Univers quelques fractions de secondes après le Big Bang, consisterait d'après sa définition originelle de 1975, en une matière dans laquelle quarks et gluons seraient déconfinés, sans interaction. Il pourrait être créé en laboratoire lors de collisions d'ions lourds réalisées à des énergies ultra-relativistes afin d'atteindre des températures et densités d'énergie extrêmes.<br />Après quasiment 20 ans de recherche auprès des différents accélérateurs de particules américains et européens, le CERN annonce le 10 février 2000 au cours d'une conférence de presse, la mise en évidence expérimentale d'un état particulier de la matière nucléaire, compatible avec la formation d'un QGP, sans pouvoir toutefois le caractériser pleinement. Les expériences du RHIC ont alors pris le relais. Aujourd'hui, au travers une pléthore de résultats nouveaux et parfois bien surprenants, il apparaît de façon de plus en plus certaine, qu'effectivement un état atypique de matière nucléaire a été créé à RHIC et notre vision du QGP comme un gaz parfait de partons n'interagissant que très faiblement, a depuis changé. Un nouvel acronyme a été défini : sQGP pour Strongly Interacting QGP. <br />Pour parvenir à cette observation, il a fallu passer par la caractérisation même de l'évolution des collisions d'ions lourds, du point de vue chimique et dynamique, en comparant les phénomènes des collisions d'ions lourds pour lesquelles les conditions devraient être réunies pour former un QGP à des collisions d'énergies moindres ou de systèmes plus légers qui ne peuvent permettre cette formation. Le QGP est en effet produit de manière beaucoup trop furtive pour pouvoir le sonder directement. Mon mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches présente les résultats des analyses que j'ai menées et qui ont contribué à la mise en évidence de la formation d'un état nouveau au RHIC et à cette nouvelle vision du plasma. Les stigmates du QGP ont été recherchés avec les particules contenant des quarks étranges : les résonances de particules simplement étranges et les baryons doublement étranges. <br />La production des résonances étranges Lambda(1520) apporte en effet des informations sur la phase d'hadronisation du plasma (lorsque les partons se recomposent en hadrons) : selon leur observation ou non, il pourrait être possible de caractériser le freeze-out chimique (instant où les interactions inélastiques cessent et la composition chimique du système est figée), le freeze-out cinétique (instant où les interactions élastiques cessent et les particules n'interagissent plus), si ces deux freeze-out coïncident ou si, au contraire ils sont séparés dans le temps et de combien. L'idée est la suivante : les Lambdas(1520) se désintègrent quasiment instantanément en un proton et un kaon. Par conséquent, si le temps entre les freeze-out chimique et cinétique est long, les produits de désintégration de ces particules peuvent être absorbés dans le milieu dense qui a été créé. En revanche, si les deux freeze-out coïncident ou sont très proches, les produits de désintégration ne sont pas affectés et la particule mère, c'est-à-dire la résonance, peut être identifiée. Ainsi, en mesurant les taux de production de ces particules dans les collisions proton–proton pour lesquelles les deux freeze-out coïncident, et en comparant les taux obtenus dans les collisions Au–Au, à l'énergie nominale du RHIC, il est apparu qu'effectivement, au moins 4 fm/c séparent les deux freeze-out dans les collisions Au–Au. Cette conclusion constitue une étape importante dans la compréhension des collisions d'ions lourds ultra-relativistes et du comportement de la matière dans des conditions extrêmes. Cette analyse est apparue comme originale au sein de la collaboration STAR, étant la première étude sur les résonances étranges. Des algorithmes spécifiques ont dû être mis au point et sont largement utilisés au sein de la collaboration qui depuis étudie de nombreuses autres résonances ou recherche des objets plus exotiques. <br />La production des baryons étranges a été largement investiguée les années passées car une augmentation « anormale » des taux de production est attendue si un QGP est formé. Les expériences du CERN ont observé effectivement une surproduction de l'étrangeté dans les collisions Pb–Pb mais n'ont pu conclure de manière décisive quant à une formation éventuelle d'un plasma car ces résultats pouvaient être également reproduits par des modèles de gaz de hadrons. Nous avons mené une analyse similaire avec les données de STAR en comparant les taux de production des Xi, baryons doublement étranges, dans les collisions proton–proton et Au–Au à sqrt(s_NN) = 200 GeV. Là aussi, les résultats sont demeurés ambigus. Ainsi, ces résultats ont conduit un certain nombre de physiciens à ne plus considérer les taux de production de particules étranges comme une signature robuste de la formation d'un QGP. En revanche, l'étrangeté est revenue sur le devant de la scène, de façon plus indirecte donnant des informations très diverses et sur les différentes étapes de la collision. <br />Les Xi ont révélé tout d'abord que le système créé à l'énergie nominale du RHIC serait en équilibre thermique et chimique et que les températures de freeze-out chimique sont proches de la température de déconfinement prédite par QCD. Nous avons également étudié les phénomènes dynamiques collectifs, appelés flot, qui naissent des interactions entre constituants et se traduisent par une émission de matière dans des directions privilégiées de l'espace de phase. En accord avec leurs faibles sections efficaces d'interaction, les Xi semblent émis bien plus tôt que les particules plus légères. Toutefois, le fait que ces baryons subissent un flot important, laisse supposer qu'elles auraient développé un flot, donc qu'elles auraient été soumises à des interactions, avant la phase d'hadronisation, autrement dit, dans une phase partonique. Les partons subiraient donc des interactions résiduelles, contrairement à ce que préconisaient les théoriciens du milieu des années soixante-dix.<br />Par ailleurs, en 2003, les quatre expériences du RHIC ont révélé conjointement la mise en évidence du phénomène de jet-quenching dans les collisions d'ions lourds : il traduit une diminution de la production de particules chargées de très haute impulsion transverse s'expliquant par la perte d'énergie des partons dans un milieu très dense. Nous avons réalisé cette analyse en considérant les X et montré que non seulement ces baryons subissent un jet-quenching mais aussi qu'ils ont un comportement différent de celui des mésons. Une dépendance des phénomènes dynamiques au type de particules a ainsi été mise en évidence en accord avec les modèles de coalescence préconisant que les hadrons se forment à partir de la recombinaison des quarks. Là aussi, émergence des partons comme degrés de liberté pertinents. <br />A partir de ces résultats entre autres, certains théoriciens affirment la découverte du QGP à RHIC mais les expérimentateurs sont plus prudents et désirent auparavant confirmer et enrichir leurs résultats par l'étude d'autres observables qui viendraient corroborer ces observations. Ces années ont été particulièrement stimulantes par l'évolution de nos connaissances grâce aux formidables résultats produits par les quatre expériences du RHIC. Les « vielles » signatures ont fait peau neuve se transformant en sondes nouvelles et riches en informations originales. La conception du QGP a évolué : il ne s'agit plus d'un gaz parfait constitué de partons évoluant librement mais d'un sQGP.

La fonction de corrélation permet de caractériser l'extension spatio-temporelle de la source de particules émises lors de collisions d'ions lourds ultra-relativistes. L'expérience STAR est dédiée à l'étude de la formation d'un nouvel état de la matière appelé Plasma de Quarks et de Gluons. La fonction de corrélation proton - lambda est supposée être plus sensible à de plus grandes tailles de source que le système proton-proton, grâce à l'absence de l'interaction Coulombienne. Dans le cadre de cette thèse, les fonctions de corrélation proton - lambda, anti-proton - anti-lambda, anti-proton - lambda et proton - anti-lambda mesurées dans les collisions Au+Au à= 200 GeV sont étudiées en utilisant un modèle analytique. On montre que les comportements des systèmes proton - lambda et anti-proton - anti-lambda sont en accord avec les mesures antérieures. Les fonctions de corrélation anti-proton - lambda et proton - anti-lambda, mesurées pour la première fois, montrent un fort signal correspondant à l'annihilation baryon–anti-baryon. La paramétrisation des fonctions de corrélation a permis la caractérisation des interactions dans l'état final.

Dans les collisions les plus centrales d'ions lourds aux énergies accessibles au SPS du CERN les conditions de densité et d'énergie pourraient conduire à une transition vers un nouvel état de la matière, le plasma de quarks et de gluons. L'effet d'écran sur le J/Psi, où l'augmentation de la production de particules étranges comme le phi pourraient en être des traces caractéristiques. Cette thèse traite principalement de la production de mésons phi mesurés grace à la mesure des paires de muons par la collaboration NA50 au cours de l'année 2000. Plusieurs améliorations dont un nouveau déclenchement pour le dénombrement des collisions permettait un meilleur accès aux collisions les plus périphérique et aux collisions centrales.<br> La multiplicité du J/Psi observée dans ces résultats ne confirme pas une brutale décroissance pour les collisions très centrales. Inversement, il n'y a pas non plus d'évidence pour une saturation de la suppression, comme prédit par plusieurs modèles théoriques ne postulant pas l'existence d'une phase plasma.<br> Les sections efficaces de production et les multiplicités des dimuons issus des mésons phi et omega sont similaires aux précédents travaux. Néanmoins l'évolution depuis 2002 de la valeur du PPDB du BR_(phi->mu mu) induit un rapprochement entre les multiplicités de phi observées ici et celles obtenues par NA49, ce qui résoud en partie le «phi puzzle ». Toutefois les pentes apparentes restent différentes.<br> Cette étude débouche aussi sur des perspectives pour la détermination du taux d'étrangeté dans le milieu grâce à l'utilisation directe du rapport phi/omega qui correspond au carré du facteur de saturation de l'étrangeté chi_s utilisé dans de nombreux modèles thermiques.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes sont produites expérimentalement dans le but d'observer la matière dense et chaude. Un des objectifs majeurs est de prouver l'existence du plasma de quarks et de gluons (QGP pour Quark Gluon Plasma) et de l'étudier. Cet état serait celui de la matière dans les conditions de température et de densité suffisamment élevées pour rompre le confinement des quarks à l'intérieur de hadrons. Ces conditions sont obtenues auprès des collisionneurs d'ions lourds travaillant dans les domaines d'énergies les plus élevées. Le RHIC (pour Relativistic Heavy Ion Collider) a notamment permis de réaliser des collisions p+p et Au+Au avec une énergie dans le centre de masse de $\sqrt(s_(NN))=$ 200 GeV. Cette thèse porte sur la production des $\Lambda (1520)$ dans ces deux systèmes grâce au dispositif expérimental de la collaboration STAR (pour Solenoid Tracker At RHIC). La production de cette résonance a été également mesurée dans les collisions du SPS (pour Super Proton Synchrotron) à une énergie égale à $\sqrt(s_(NN))=$ 17.3 GeV. Cette mesure a révélé une diminution importante du signal de $\Lambda (1520)$ observé dans les collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Cette tendance est confirmée à RHIC grâce au calcul des rapports $\Lambda (1520)/\Lambda $ pour les collisions p+p et Au+Au à $\sqrt(s_(NN))=$ 200 GeV. Ce rapport diminue pour les collisions Au+Au par rapport aux collisions p+p et est par ailleurs surestimé par les modèles statistiques qui supposent une production de particules en équilibre thermique. Ces résultats constituent entre autres choses une forte présomption de l'existence d'un découplement des particules produites en deux étapes : un découplement chimique, à partir duquel les multiplicités sont fixées, suivi par un découplement thermique où cessent toutes les interactions. Cette conclusion constitue une étape importante dans notre compréhension des collisions d'ions lourds ultra-relativistes et du comportement de la matière dans ces conditions.