Cette étude s'inscrit dans le cadre de la recherche de la formation d'un plasma de quarks et de gluons dans l'expérience STAR au RHIC. Elle concerne l'ajout d'un ensemble cylindrique de détecteurs en silicium, à micropistes, double face (SSD) au trajectographe interne du détecteur STAR. Cet ajout permet une amélioration globale de la trajectographie du détecteur STAR. Le SSD forme un cylindre de 1 m de long pour 23 cm de rayon et est composé de 320 modules compacts identiques. Les modules sont formés d'un détecteur, de 12 circuits de lecture ALICE 128C, de 12 rubans TAB, d'un circuit de contrôle COSTAR et de 2 circuits hybrides qui supportent l'ensemble des composants. La thèse montre le gain en performances physiques apportées par le SSD, ainsi que les différents choix technologiques, en particulier celui des détecteurs en silicium à micropistes, ainsi qu'une caractérisation des performances sous faisceau. Tous les composants sont décrits ainsi que leurs caractéristiques et l'ensemble des procédures de test qui ont été définie pour chacun des composants afin d'en établir la fonctionnalité et les propriétés. L'ensemble des données des composants et des tests est stocké dans une base de données. Les résultats obtenus pour la production des modules et de leurs composants sont présentés. Deux études parallèles ont été menées : l'une sur l'influence de la température environnementale, l'autre sur le réglage optimal des blocs analogiques du circuit ALICE 128C. L'installation du SSD sur le site de RHIC, sa mise en opération et les premières prises de données physiques sont présentées.

La physique des collisions d'ions lourds (ultra-)relativistes a pour objectif principal l'élaboration de l'équation d'état de la matière nucléaire par l'examen de ses propriétés dans des conditions extrêmes de température et de pression.<br />A basse énergie, les collisions d'ions lourds permettent de sonder la matière nucléaire modérément chaude à grande densité baryonique.<br />A haute énergie, la chromodynamique quantique prédit le déconfinement des constituants des hadrons en un plasma de quarks et de gluons.<br />La première partie de ce document est consacrée à l'étude de la production d'étrangeté dans les collisions d'ions lourds aux énergies du SIS avec le détecteur FOPI installé au GSI.<br />La deuxième partie de ce document est consacrée à l'étude de la production des saveurs lourdes dans les collisions d'ions lourds aux énergies du LHC avec le détecteur ALICE installé au CERN.

Le cadre général de cette thèse est la théorie des champs à température finie, et plus particulièrement le calcul perturbatif<br />des fonctions de Green thermiques. Dans une première partie sont considérés trois problèmes plutôt en relation avec le<br />formalisme lui-même. Après deux chapitres introductifs destinés à mettre en place le cadre et les notations utilisées par la<br />suite, un chapitre est dédié à clarifier certains aspects de la justification des règles de Feynman du formalisme à temps réel.<br />Ensuite, je m'intéresse dans le chapitre 4 au problème des règles de coupure dans les formalismes à temps réel. En<br />particulier, outre la résolution d'une controverse à ce sujet, je donne les règles de coupure à utiliser dans la version<br />``retardée-avancée'' de ce formalisme. Enfin, le dernier problème abordé dans la première partie est celui de la désintégration<br />du pion en deux photons dans un environnement thermique. J'y montre que les contradictions existant dans la littérature à ce<br />sujet sont dues à certaines propriétés analytiques des fonctions de Green thermiques. La deuxième partie concerne le calcul<br />du taux de production de photons ou de paires de leptons (photons virtuels) par un plasma de quarks et de gluons. Le cadre<br />de ce travail est la réorganisation du développement perturbatif obtenue par la sommation des diagrammes connus sous le<br />nom de boucles dures. Le premier volet de cette étude concerne la production de photons virtuels où l'on montre que des<br />contributions importantes arrivent à deux boucles et complètent le résultat déjà connu à une boucle. L'autre volet est la<br />production de photons réels, pour lesquels on montre que des divergences colinéaires extrêmement fortes rendent les<br />contributions à deux boucles largement dominantes devant les contributions à une boucle. Dans les deux cas, le phénomène<br />observé peut être interprété comme des insuffisances de l'approximation qui conduit aux boucles dures.

La QCD sur réseau prévoit, à potentiel chimique baryonique mu_B nul ou proche de zéro, une transition de la matière de type "crossover" d'un gaz de hadrons vers le Plasma de Quarks et Gluons. Les collisions d'ions lourds ont été proposées pour le recréer et l'étudier en laboratoire. Aussi, les collisions Au+Au, d+Au à sqrt(s_(NN))= 200 GeV et Au+Au à 62.4GeV délivrées au RHIC ont été sondées par la mesure des Xi- et Xi+ dans l'expérience STAR. L'évolution des taux de production avec la taille et l'énergie du système renseigne sur les propriétés chimiques de la collision et est interprétée dans le cadre de modèles hadroniques et statistiques. Le facteur de modification nucléaire R_(CP) des Xi révèle : (1) une dépendance mésons/baryons pour 2 < p_T < 5GeV/c bien reproduite par des modèles de coalescence/recombinaison de quarks, (2) la formation d'une matière dense signée par la suppression de R_(CP) à p_T > 3GeV/c, (3) une forte interaction entre constituants suggérant l'existence de phénomènes collectifs. Le flot des $\Xi$ et plus généralement des particules multiétranges est intéressant pour sonder les premiers instants de la collision aux possibles degrés de liberté partoniques. Il est étudié et commenté dans ce mémoire de thèse.

Cette thèse d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) est constituée de six chapitres. Le chapitre I est consacré à une description de mon parcours scientifique, un récapitulatif de mes travaux de recherche, expériences professionnelles, productions scientifiques, liste de mes présentations orales dans les congrès internationaux et liste de mes publications. Le chapitre II introduit l'objectif de recherches de la physique des ions lourds relativistes, les axes principaux de recherche du collisionneur RHIC. Le chapitre III présente le contexte physique du plasma de Quarks et de Gluons (PQG) incluant les aspects théoriques, les aspects expérimentaux, les signatures du déconfinement et la physique du SPS au RHIC. Le chapitre IV porte principalement sur ma contribution personnelle à la construction, l'assemblage, l'installation, le fonctionnement, l'évaluation du signal et la maintenance des détecteurs pixel au silicium pour la mesure de la multiplicité des particules chargées pour l'expérience PHOBOS et le traceur de vertex en silicium (VTX) dont le but est de différencier les mesures des quarks lourds charme et beauté dans l'expérience PHENIX au RHIC. Le chapitre V présente mon travail d'analyse par la méthode de ''hit-counting'' (4휋) qui permet d'obtenir les distributions de pseudorapidité de densité des particules chargées dans PHOBOS aux énergies du RHIC. Ce chapitre illustre également mes prédictions pour le LHC ainsi que mes publications comme auteur principal et mes responsabilités comme ''co-conveneur '' du groupe de multiplicité. Finalement, le chapitre VI présente les points culminants des résultats du RHIC : "Fluide Quasi Parfait de Quarks et de Gluons". Ce chapitre illustre une grande richesse de découvertes scientifiques, et quelques grandes surprises produites au RHIC. Celles-ci ont fourni des aperçus nouveaux dans les calculs de la chromodynamique quantique (QCD). À la fin de ce chapitre, je conclus en répondant à la question : Qu'avons-nous appris et où en sommes-nous ?

Orientador: Gastão Inácio Krein / Resumo: Existem poucas dúvidas de que a QCD seja a teoria correta das interações fortes. As dificuldades em resolver a teoria em baixas energias no regime fortemente acoplado e não perturbativo tem deixado sem respostas muitas questões importantes, tais como a natureza do confinamento e o mecanismo de hadronização. Diversos métodos têm sido usados para estudar suas propriedades e consequências a baixas energias. Esses métodos incluem a QCD na rede, as equações de Dyson- Schwinger, a teoria de perturbação chiral e os modelos de quarks. Recentemente, a dualidade gauge/gravidade tem fornecido uma nova maneira de acessar o regime fortemente acoplado de uma teoria de calibre via uma teoria de gravidade dual, em especial da QCD através de modelos holográficos. Tais modelos são usualmente denominados modelos holográficos para a QCD, ou apenas modelos AdS/QCD. Nesta tese investigamos importantes problemas de interesse atual em física hadrônica envolvendo as quebras das simetrias chiral e de sabor usando modelos holográficos para a QCD. Estes problemas são: (1) o desaparecimento das constantes de decaimento leptônicas dos estados excitados do pion no limite quiral; (2) os efeitos da quebra de simetria de sabor no acoplamentos do méson rho aos mésons charmosos D and D^{*} e seus fatores de forma eletromagnéticos; (3) os efeitos de um campo magnético e da temperatura sobre o condensado quiral, sinalizando uma catálise magnética inversa. / Abstract: There is little doubt that QCD is the correct theory for the strong interactions. The difficulties in solving the theory at low energies in the strongly interacting, non-perturbative regime have left unanswered many important questions, such as the nature of confinement and the mechanism of hadronization. Several approaches have been used to study its properties and consequences at low energies. These include lattice QCD, Dyson-Schwinger equations, chiral perturbation theory and quark models. More recently, the gauge/gravity duality has provided a new way to access the strongly coupled regime of a gauge theory via a dual gravity theory, in special of QCD through holographic models. Such models are usually named as holographic QCD models, or just AdS/QCD models. In this thesis, we investigate three problems of contemporary interest in hadronic physics involving the chiral and flavor symmetries holographic QCD models. These problems are: (1) the vanishing of the leptonic decay constants of the excited states of the pion in the chiral limit; (2) the effects of the flavor symmetry breaking on the strong couplings of the rho meson to the charmed D and D^{*} mesons and the their electromagnetic form factors; (3) the effects of a magnetic field and temperature on the chiral condensate, signalizing inverse magnetic catalysis. / Doutor

Submitted by Carlisson Miller Cantanhede Pereira (miller@ift.unesp.br) on 2017-09-13T20:55:23Z No. of bitstreams: 1 Tese_Carlisson_Miller.pdf: 3316974 bytes, checksum: b3c4fb6f0c7fe685339da7e2dc50fc18 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-09-15T13:43:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pereira_cmc_dr_ift.pdf: 3316974 bytes, checksum: b3c4fb6f0c7fe685339da7e2dc50fc18 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T13:43:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pereira_cmc_dr_ift.pdf: 3316974 bytes, checksum: b3c4fb6f0c7fe685339da7e2dc50fc18 (MD5) Previous issue date: 2017-08-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Existem poucas dúvidas de que a QCD seja a teoria correta das interações fortes. As dificuldades em resolver a teoria em baixas energias no regime fortemente acoplado e não perturbativo tem deixado sem respostas muitas questões importantes, tais como a natureza do confinamento e o mecanismo de hadronização. Diversos métodos têm sido usados para estudar suas propriedades e consequências a baixas energias. Esses métodos incluem a QCD na rede, as equações de Dyson- Schwinger, a teoria de perturbação chiral e os modelos de quarks. Recentemente, a dualidade gauge/gravidade tem fornecido uma nova maneira de acessar o regime fortemente acoplado de uma teoria de calibre via uma teoria de gravidade dual, em especial da QCD através de modelos holográficos. Tais modelos são usualmente denominados modelos holográficos para a QCD, ou apenas modelos AdS/QCD. Nesta tese investigamos importantes problemas de interesse atual em física hadrônica envolvendo as quebras das simetrias chiral e de sabor usando modelos holográficos para a QCD. Estes problemas são: (1) o desaparecimento das constantes de decaimento leptônicas dos estados excitados do pion no limite quiral; (2) os efeitos da quebra de simetria de sabor no acoplamentos do méson rho aos mésons charmosos D and D^{*} e seus fatores de forma eletromagnéticos; (3) os efeitos de um campo magnético e da temperatura sobre o condensado quiral, sinalizando uma catálise magnética inversa. / There is little doubt that QCD is the correct theory for the strong interactions. The difficulties in solving the theory at low energies in the strongly interacting, non-perturbative regime have left unanswered many important questions, such as the nature of confinement and the mechanism of hadronization. Several approaches have been used to study its properties and consequences at low energies. These include lattice QCD, Dyson-Schwinger equations, chiral perturbation theory and quark models. More recently, the gauge/gravity duality has provided a new way to access the strongly coupled regime of a gauge theory via a dual gravity theory, in special of QCD through holographic models. Such models are usually named as holographic QCD models, or just AdS/QCD models. In this thesis, we investigate three problems of contemporary interest in hadronic physics involving the chiral and flavor symmetries holographic QCD models. These problems are: (1) the vanishing of the leptonic decay constants of the excited states of the pion in the chiral limit; (2) the effects of the flavor symmetry breaking on the strong couplings of the rho meson to the charmed D and D^{*} mesons and the their electromagnetic form factors; (3) the effects of a magnetic field and temperature on the chiral condensate, signalizing inverse magnetic catalysis.

Orientador: Jun Takahashi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T10:21:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vasconcelos_GeraldoMagelaSeverino_M.pdf: 4363414 bytes, checksum: 50c5bd667b62ccab57088d6b77e1ec81 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: As colisões de íons pesados em energias relativísticas permitem estudar o comportamento da matéria nuclear em condições extremas de temperatura e alta densidade de energia. Nessas condições, espera-se uma transição de fase da matéria onde seria formado um estado de quarks e glúons livres, conhecido como Plasma de Quarks e Glúons (QGP). Com o objetivo de estudar a formação deste novo estado e suas características, o experimento STAR, situado no Laboratório Nacional de Brookhaven, Nova Iorque, mede vários canais observáveis das colisões de íons pesados. Uma das marcas da formação do QGP é o aumento da produção de estranheza. O objetivo deste trabalho foi estudar a produção dos bárions multi-estranhos X e W produzidos nas colisões de Cu+Cu com energia de 62,4 GeV=A no referencial do centro de massa (CM), medidos no experimento STAR. Foram obtidos os espectros de momento transverso dessas partículas e a partir deles foi extraída a abundância de produção por unidade de rapidez na região de rapidez central (dN=dy)y=0. A produção desses bárions foi comparada com os resultados de um outro sistema (Au+Au) na mesma energia para estudar a dependência da produção de estranheza em função do tamanho do sistema formado. Os resultados mostraram que a produção de estranheza cresce com o tamanho do sistema, e que este aumento é ligeiramente maior para o sistema de Cu+Cu do que Au+Au. Os resultados deste trabalho são inéditos e complementam um estudo sistemático da produção de estranheza. Também são importantes para a compreensão dos mecanismos de produção de estranheza em diferentes energias / Abstract: Relativistic heavy-ion collisions allow us to study the behavior of nuclear matter at extreme conditions of temperature and energy density. In these conditions, we expect a phase transition of matter where a free state of quarks and gluons would be formed, and that is known as Quark-Gluon Plasma (QGP). With the aim to study this new state of matter and its features, the STAR experiment was built at BNL (Brookhaven National Laboratory), New York. The STAR experiment measures many observables of heavy-ion collisions and in particular, the strangeness enhancement in QGP is of special interest. The aim of this work was the study of multi-strange baryon production, X and W , at collisions of Cu+Cu in the center of mass energy of 62.4 GeV=A measured at the STAR experiment. Transverse momentum spectra and integrated yields for X and W at mid-rapidity are presented in this work. We also compared Cu+Cu and Au+Au systems in order to study the dependence of strange particle production with the system size. The results showed that strangeness production enhances with the system size, and strange baryons yields in Cu+Cu are slightly larger than Au+Au for the same energy. The new results obtained here complement a systematic study of strangeness production in heavy ion collisions and are important to understand the strangeness particle production mechanism in different energies / Mestrado / Física Nuclear / Mestre em Física

Contexte : La chromodynamique quantique (CDQ), théorie de l’interaction forte, prédit un nouvel état de la matière, le plasma de quarks et de gluons (PQG) dont les degrés de liberté fondamentale, les quarks et les gluons, peuvent bouger quasi-librement. Les hautes températures et densités de particules, qui sont nécessaires, sont supposées être les conditions de l’univers dans ses premiers moments ou dans les étoiles à neutrons. Récemment elles ont été recrées par des collisions de noyaux d’ions lourdes à hautes énergies. Ces expériences étudient le PQG par la détection des particules de hautes énergies qui traversent le milieu, notamment, les quarks lourds. Les mécanismes de leur perte d’énergie dans le PQG ne sont pas compris complètement. Particulièrement, ils sont attribués aux processus soit de radiation induite par le milieu, soit de collisions de particules de type 2 vers 2, ou des combinaisons.Méthodes : Afin de trouver de nouvelles observables pour pouvoir distinguer les mécanismes de la perte d’énergie, on a implémenté un algorithme Monte-Carlo, qui simule la formation des cascades des particules à partir d’une particule initiale. Pour traiter le milieu, on a introduit des interactions PQG-jets, qui correspondent aux processus collisionnels et radiatifs. Les corrélations entre deux particules finales des cascades, dont une représente un quark trigger, ont été examinées comme moyen pour distinguer les modèles.Résultats : La dépendance de l’ouverture angulaire pour des corrélations entre deux particules en fonction des énergies des particules peut servir comme moyen pour séparer les mécanismes collisionnels et radiatifs de la perte d’énergie dans le milieu. / Context: Quantum chromodynamics (QCD), the theory of the strong interactions, predicts a new state of matter, the quark-gluon plasma (QGP), where its fundamental degrees of freedom, the quarks and gluons, behave quasi-freely. The required high temperatures and/orparticle densities can be expected for the early stages of the universe and in neutron stars, but have lately become accessible by highly energetic collisions of heavy ion cores. Commonly, these experiments study the QGP by the detection of hard probes, i.e. highly energetic particles, most notably heavy quarks, that pass the medium. The mechanisms of their energy-loss in the QGP are not yet completely understood. In particular, they are attributed to processes of either additional, medium induced radiation or 2 to 2 particle scattering, or combinations thereof.Methods: In a theoretical, phenomenological approach to search for new observables that allow discriminating between these collisional and radiative energy-loss mechanisms a Monte-Carlo algorithm that simulates the formation of particle cascades from an initial particle was implemented. For the medium, different types of QGP-jet interactions, corresponding to collisional and/orradiative energy loss, were introduced. Correlations between pairs of final cascade particles, where one represents a heavy trigger quark, were investigated as a means to differentiate between these models.Findings: The dependence of angular opening for two particle correlations as a function of particle energy may provide a means to disentangle collisional and radiative mechanisms of in-medium energy loss.

Dans les collisions d'ions lourds ultra-relativistes (A-A), la matière se trouve dans des conditions extrêmes de densité d'énergie; elle forme un plasma de quarks et de gluons déconfinés. Aux énergies du RHIC et du LHC, le rapport baryon sur méson, tel Λ/K0S, prend des valeurs élevées sur une plage d'impulsions transverses intermédiaires pour les collisions centrales A-A. L'objectif de ce travail est de vérifier si la production accrue de baryons est seulement due à des effets collectifs au cœur du système formé ou s'il existe aussi un impact lié à une fragmentation des partons modifiée par le milieu. À l'aide de corrélations angulaires à deux hadrons, les K0S et Λ produits en association avec un hadron de haut pT (processus durs) sont séparés de ceux issus du milieu thermalisé (processus softs). Les rapports Λ/K0S à relier aux mécanismes durs et softs sont établis; les résultats sont obtenus pour les collisions Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV enregistrées en 2011 avec l'expérience ALICE. / In ultrarelativistic heavy-ion collisions, the QCD matter is under extreme conditions of energy density, forming a quark-gluon plasma (QGP), in which quarks and gluons are deconfined. At RHIC and LHC energies, a large baryon-to-meson ratio, like Λ/K0S, was observed within the transverse momentum range 2 < pT < 6 GeV/c for central heavy-ion collisions. The goal of this dissertation is to verify if the baryon-to-meson enhancement is only due to collective effects of the bulk of matter, and if there is also a contribution related to in-medium modifications of parton fragmentation.With two-hadron angular correlations, the K0S and Λ produced in association to an energetic hadron (hard processes) are separated from those originated from the thermalised medium (soft processes). The differential Λ/K0S ratios related to the soft or hard production processes are extracted. The results are obtained for the Pb-Pb collisions at √sNN = 2.76 TeV recorded in 2011 with the ALICE experiment.