Le plasma de quarks et de gluons (QGP) est un état de la matière observe lors de la collision d'ions lourds dans les accélérateurs tels que le LHC. Il est présent à haute température et/ou à haute densité, les quarks sont alors déconfinés : libres de se mouvoir et interagissant très peu entre eux. A basse température et basse densité, les quarks sont, au contraire, confines dans les hadrons formant la matière hadronique ordinaire. La présence d'une transition entre cette phase hadronique et le QGP a des conséquences importantes que ce soit 'a haute température (expériences RHIC et LHC) ou a haute densité (expérience CBM à FAIR, étude des étoiles compactes). Une première transition de phase est liée à la brisure de la symétrie chirale. Dans la matière hadronique, cette symétrie est brisée spontanément. Elle est restaurée en augmentant la température ou la densité. Au delà de la discussion habituelle sur la transition chirale, nous utiliserons un modèle, le modèle Polyakov Nambu Jona-Lasinio permettant de décrire une deuxième transition : la transition de deconfinement. Ceci permettra de séparer le diagramme Temperature-Densité en trois phases distinctes : la phase hadronique ou les quarks sont confines et o'u la symétrie chirale est brisée, la phase du QGP ou les quarks sont d'confines et o'u la symétrie chirale est restaurée et une phase hypothétique dite quarkyonique à basse température et haute densité ou les quarks sont encore confines mais ou la symétrie chirale est restaurée. On décrira, dans un premier temps les différentes transitions à l'aide des paramètres d'ordre suivant : le condensat de quark pour la transition chirale et la boucle de Polyakov pour le déconfinement. On verra ensuite comment l'évolution des fonctions spectrales des mésons sigma et pi peut nous renseigner sur le diagramme de phase. Le critère de transition chirale sera alors la différence entre les masses de ces mésons, la masse étant prise comme étant le maximum de la fonction spectrale. Le critère de transition de deconfinement sera, quant à lui, l'écart-type de la fonction spectrale. Enfin, nous verrons comment intégrer les mésons vecteurs au modèle, en particulier le méson rho, qui pourra jouer le rôle de sonde du plasma, ses propriétés étant modifiées suivant le milieu dans lequel il est émis / The quark and gluon plasma (QGP) is a state of matter observed in the collision of heavy ions in accelerators such as the LHC. It is formed at high temperature and / or high density, quarks are then deconfined : free to move and interacting very little with each other. At low temperature and low density, the quarks are, however, confined within hadrons forming the ordinary hadronic matter. The presence of the phase transition between hadronic matter and the QGP has observable consequences whatsoever at high temperature (RHIC and LHC experiments) or high density (FAIR experience, study of compact stars). A first phase transition is linked to the chiral symmetry breaking. In hadronic matter, this symmetry is spontaneously broken. It is restored by increasing the temperature or the density. Beyond the usual discussion on the chiral transition, we use a model called Polyakov Nambu Jona-Lasinio for describing a second transition, the deconfinement transition. This allows to separate the temperature-density diagram in three distinct phases : the hadronic phase where quarks are confined and where chiral symmetry is broken, the phase of the QGP where quarks are deconfined and chiral symmetry is restored and a hypothetical phase called quarkyonic at low temperature and high density in which quarks are confined but where chiral symmetry is still restored. We will describe, at first, the various transitions using the following order parameters : the quark condensate for the chiral transition and the Polyakov loop for the deconfinement one. Then we will see how the evolution of the spectral functions of sigma and pi mesons can provide information on the phase diagram. The chiral transition criterion will be the difference between the masses of these mesons, the mass being taken as the maximum of the spectral function. And the criterion for the deconfinement transition will be the standard deviation (also called variance) of the spectral function. Finally, we discuss how the vector mesons fit in the model, especially the meson, which can act as a probe of plasma properties which are modified by the environment from which it is issued

Les calculs de chromodynamique quantique sur réseau prévoient, que pour un potentiel baryonique nul et une température de T ∼ 173 MeV , il devrait être possible d'observer une transition de la phase de la matière hadronique vers un plasma de quarks et de gluons. Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes devraient permettre de mettre en évidence ce changement de phase. Les saveurs lourdes peuvent être utilisées pour sonder les premiers instants des collisions pendant lesquels la température est la plus élevée. Le LHC va permettre d'étudier les collisions entre noyaux de plomb et les collisions entre protons à une énergie jamais égalée : √s = 5.5 TeV (√sNN = 14 TeV ) pour le plomb (les protons). Le détecteur ALICE est dédié à l'étude des collisions d'ions lourds mais peut également mesurer les collisions entre protons. Il est équipé d'un spectromètre à muons conçu pour l'étude des saveurs lourdes. Cette thèse présente les performances du spectromètre pour la mesure de la section efficace de production inclusive des hadrons beaux (B) et charmés (D) dans les collisions proton-proton. La première étape de cette mesure consiste à extraire les distributions des muons de décroissance des hadrons B et D. L'étape suivante consiste à extrapoler les distributions aux sections efficaces de production inclusive des hadrons. Cette thèse contient également une étude préliminaire des performances du spectromètre pour la mesure du rapport de modification nucléaire et de l'observable associée nommée RB=D dans les collisions plomb-plomb de centralité0−10%. L'accent est porté sur les incertitudes et l'intervalle en impulsion transverse sur lequel ces observables pourront être mesurées. / Lattice quantum chromodynamics calculations predict a transition from the phase of hadronic matter to quark and gluon plasma for a temperature T ∼ 173 MeV and a vanishing baryonic potential. Ultra-relativistic heavy ion collisions allow to highlight this phase transition. Heavy flavours can be used to probe the first instants of the collisions where the temperature is the highest. The LHC will provide proton-proton and lead-lead collisions at unprecedented large energy (√s = 14 TeV and √sNN = 5.5 TeV respectively). The ALICE detector is dedicated to heavy ion collisions but it can also measure proton-proton collisions. The detector includes a muon spectrometer. The spectrometer has been disigned to measure heavy flavours. This PhD thesis presents the performance of the spectrometer to measure beauty hadrons (B) and charmed hadrons (D) inclusive production cross-section in proton-proton collisions. The first step of the measurement consists in extracting heavy hadron decayed muon distributions. The next step consists in extrapolating these distributions to heavy hadrons inclusive production cross-section. This PhD thesis also presents a preliminary study of the performance of the spectrometer for the measurement of the nuclear modification factor and the associated observable named RB=D in 0−10% central heavy ions collisions. Uncertainties and transverse impulsion range of extraction of the observables have been investigated.

L'étude de la production des quarks charmés dans les collisions de hautes énergies de noyaux atomiques offre une approche inédite pour l'étude du plasma de quarks et de gluons. La compréhension et la caractérisation de cet état de la matière déconfinée, de prime abord retrouvé dans les systèmes les plus lourds, nécessitent une connaissance fine des systèmes les plus légers, telles que les collisions proton-proton (pp) et proton-plomb (p-Pb). Dans ce manuscrit, nous présentons la mesure de la production des mésons charmés-étranges Ds+, à rapidité centrale, avec les données du run 2 du LHC, recueillies en 2016 par l'expérience ALICE. Deux systèmes sont étudiés : les collisions pp à √s=13 TeV et p-Pb à √sNN=5,02 TeV. La section efficace de production des Ds+, leur abondance relative et leur facteur de modification nucléaire sont mesurés puis comparés à d'autres mesures et à diverses prédictions théoriques. Le résultat p-Pb établit une nouvelle référence pour l'étude des collisions Pb-Pb. / The study of the production of charm quarks in high-energy atomic-nucleus collisions offers an genuine approach for the study of the quark-gluon plasma. The understanding and characterisation of this state of deconfined-matter, at first sight created in heaviest systems, require a fine knowledge of lightest systems, such as proton-proton (pp) and proton-lead (p-Pb) collisions. In this manuscript, we present the measurement of the charm-strange mesons Ds+ production, at central rapidity, with the LHC run 2 data, collected in 2016 with the ALICE experiment. Two systems are studied: pp collisions at √s=13 TeV and p-Pb collisions at √sNN=5.02 TeV. The production cross-section of Ds+, their relative abundance and their nuclear modification factor are measured then compared to other measurements and to various theoretical predictions. The p-Pb result establishes a new reference for the study of Pb-Pb collisions.

Cette thèse présente un travail relatif à l'étude de la structure en spin longitudinal du nucléon. Le but est de déterminer la contribution des constituants du proton, quarks et gluons, à la formation de son spin 1/2. L'analyse s'appuie sur les données de l'expérience COMPASS qui bénéficie d'un faisceau de muons polarisés à 200 GeV diffusé sur les protons polarisés d'une cible d'ammoniac (NH₃) de 1,2 m de long. On mesure l'asymétrie de spin longitudinal des sections efficaces de diffusion profondément inélastique. On extrait la fonction de structure en spin du proton, g₁p, étendant la couverture cinématique mondiale à des régions inexplorées jusqu'à maintenant (0,0036 < x < 0,57; 1,03 < Q² (GeV/c)² < 96 et 23 < W² (GeV/c)² < 320). Les résultats, d'une grande précision statistique, sont inclus dans une analyse des données mondiales de g₁p, g₁d et g₁n (proton, deutéron et neutron) au 2ème ordre de QCD afin de paramétrer les distributions de quarks et de gluons polarisés. L'étendue de la couverture cinématique en x et Q² des données mondiales de g₁, un élément déterminant pour la sensibilité à la polarisation des gluons ΔG, s'avère trop limitée pour constituer une extraction précise de celle-Ci. Néanmoins, l'analyse QCD permet de déterminer la contribution du spin des quarks au spin du proton à 0.26<ΔΣ<0.33 à Q² = 3 (GeV/c)² dans le schéma MSbar. L'étude montre que l'incertitude principale sur ΔΣ est liée au choix des formes fonctionnelles utilisées dans la régression des données. Enfin, la règle de somme de Bjorken, qui constitue un test de QCD, est vérifiée avec une précision de 9% en utilisant les données de COMPASS uniquement. / The work presented in this thesis is related to the study of the longitudinal spin structure of the nucleon. The aim is to determine the contribution to the spin 1/2 of the proton in terms of its constituents, quarks and gluons. The analysis is performed on the data taken with the COMPASS experiment, which benefits from a polarised muon beam at 200 GeV scattered off polarised protons from an ammonia target of 1.2 m long. The double longitudinal spin asymmetry of deep inelastic scattering cross-Section. The spin-Dependent structure function of the proton g₁p is derived from these measurements, which extend the kinematic world coverage to unexplored region so far (0,0036 < x< 0,57; 1,03 < Q² (GeV/c)² < 96 and 23 < W² (GeV/c)² < 320).The results obtained with a high statistical precision are included in a Next-To-Leading order QCD analysis of world g₁p, g₁d and g₁n (proton, deuteron and neutron) data to parametrise the polarised quark and gluon distributions. The g₁ world coverage of the x and Q² kinematic domain, which is a key point in the sensitivity to the gluon polarisation ΔG, turns out to be too limited for an accurate ΔG determination. Nevertheless, the QCD analysis allows to determine the quark spin contributions to the proton spin to 0.26<ΔΣ<0.33 at Q² = 3 (GeV/c)² in the MSbar scheme. The dominant uncertainty on ΔΣ is related to the choice of functional forms assumed in the fit. Finally, the Bjorken sum rule, which constitutes a fundamental test of QCD, is verified on the COMPASS data alone with a precision of 9%.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes ont pour objectif l'étude d'un état de matière en interaction forte dans des conditions extrêmes de densité d'énergie et température, le plasma de quarks et gluons (QGP). Les saveurs lourdes (charme et beauté) sont produites principalement lors de processus durs aux premiers instants de la collision et participent aux différentes étapes de la collision. Par conséquent, la mesure des saveurs lourdes ouvertes devrait permettre d'extraire des informations importantes concernant le système créé aux premiers instants de la collision. L'étude des collisions proton-proton (pp) fournit la référence indispensable pour la mesure des saveurs lourdes dans les systèmes lourds. Cette thèse est dédiée à l'étude de la production des muons de décroissance des hadrons charmés et beaux aux rapidités avant (2.5 < y < 4) dans les collisions pp sqrt (s) = 5.02 TeV, Pb-Pb à sqrt (sNN) = 2.76 et 5.02 TeV et Xe-Xe à sqrt (sNN) = 5.44 TeV enregistrées avec le détecteur ALICE au CERN-LHC. La mesure des sections efficaces différentielles de production des muons de décroissance des hadrons charmés et beaux dans les collisions pp à sqrt (s) = 5.02 TeV couvre un grand domaine en impulsion transverse de 2 à 20 GeV/c et ont une meilleure précision par rapport aux résultats publiés à sqrt (s) = 2.76 et 7 TeV. Les résultats sont en bon accord avec les calculs perturbatifs de QCD. Une importante suppression de la production des muons de décroissance des hadrons charmés et beaux est observée dans les collisions centrales (0-10%) Pb-Pb à sqrt (sNN) = 2.76 et 5.02 TeV. Cette suppression est attribuée au milieu dense et chaud formé dans ces collisions. L'influence de la taille du système est étudiée avec le système Xe-Xe à sqrt (sNN) = 5.44 TeV. La suppression est similaire à celle mesurée dans les collisions Pb-Pb. Les résultats obtenus dans les collisions Pb-Pb et Xe-Xe apportent des contraintes fortes aux paramètres des modèles. / The study of ultra-relativistic heavy-ion collisions aims at investigating a state of strongly-interacting matter at high energy density and temperature, the Quark-Gluon Plasma (QGP). Heavy quarks (charm and beauty) are predominantly produced in initial hard scattering processes during the early stage of the collisions and experience the full evolution of the medium. Therefore, the measurement of open heavy flavours should provide essential information on the QGP properties. Similar measurements in small systems are also essential for a comprehensible understanding of the QGP properties. The study of open heavy flavours in proton-proton (pp) collisions provides the mandatory reference for measurements in heavy-ion collisions. This thesis presents measurements of the production of muons from heavy-flavour hadron decays at forward rapidity (2.5 < y < 4) in pp collisions at sqrt (s) = 5.02 TeV, Pb-Pb collisions at sqrt (sNN) = 2.76 and 5.02 TeV and Xe-Xe collisions at sqrt (sNN) = 5.44 TeV collected with the ALICE detector at the CERN-LHC. The differential production cross sections of muons from heavy-flavour hadron decays in pp collisions at sqrt (s) = 5.02 TeV are obtained in a wide transverse momentum interval, 2 < pT < 20 GeV/c, and with an improved precision compared to the previously published measurements at sqrt (s) = 2.76 and 7 TeV. The measurements are described within uncertainties by predictions based on perturbative QCD. A strong suppression of the yield of muons from heavy-flavour decays is observed in the 10% most central Pb-Pb collisions at both sqrt (sNN) = 2.76 and 5.02 TeV. This suppression is due to final-state effects induced by the hot and dense medium. The suppression in Xe-Xe collisions is similar to that observed with Pb-Pb collisions. The comparison in the two colliding systems provides insight in the path-length dependence of medium-induced parton energy loss. The results constrain model calculations.

Les calculs de chromodynamique quantique sur réseau prévoient, que pour un potentiel baryonique nul et une température de T ∼ 173 MeV , il devrait être possible d'observer une transition de la phase de la matière hadronique vers un plasma de quarks et de gluons. Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes devraient permettre de mettre en évidence ce changement de phase. Les saveurs lourdes peuvent être utilisées pour sonder les premiers instants des collisions pendant lesquels la température est la plus élevée. Le LHC va permettre d'étudier les collisions entre noyaux de plomb et les collisions entre protons à une énergie jamais égalée : √s = 5.5 TeV (√sNN = 14 TeV ) pour le plomb (les protons). Le détecteur ALICE est dédié à l'étude des collisions d'ions lourds mais peut également mesurer les collisions entre protons. Il est équipé d'un spectromètre à muons conçu pour l'étude des saveurs lourdes. Cette thèse présente les performances du spectromètre pour la mesure de la section efficace de production inclusive des hadrons beaux (B) et charmés (D) dans les collisions proton-proton. La première étape de cette mesure consiste à extraire les distributions des muons de décroissance des hadrons B et D. L'étape suivante consiste à extrapoler les distributions aux sections efficaces de production inclusive des hadrons. Cette thèse contient également une étude préliminaire des performances du spectromètre pour la mesure du rapport de modification nucléaire et de l'observable associée nommée RB=D dans les collisions plomb-plomb de centralité0−10%. L'accent est porté sur les incertitudes et l'intervalle en impulsion transverse sur lequel ces observables pourront être mesurées.

Les quarks étranges constituent une sonde importante pour la compréhension de la chromodynamique quantique. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette perspective ; il porte sur l'étude des baryons multi-étranges Ξ- (dss) et Ω- (sss) dans les collisions proton-proton (pp) au LHC. Les analyses sont menées auprès de l'expérience ALICE et concernent les rapidités centrales (y ≈ 0) et basses impulsions transverses (pT < 8,5 GeV/c). Les taux de production par événement de ces baryons sont établis à partir de la mesure de spectres différentiels fonction de l'impulsion des hypérons, d²N/dpTdy = f(pT). À √s = 0.9 TeV, la production des (Ξ- + Ξ+) dans les interactions inélastiques pp est extraite à partir d'une faible statistique d'événements. À √s = 7 TeV, la grande statistique de données permet la mesure des taux de production pour chacune des quatre espèces : Ξ-, Ξ+, Ω- et Ω+. Aux deux énergies, les spectres des données réelles sont comparés avec les spectres générés par différents modèles phénoménologiques de référence (PYTHIA et PHOJET). La comparaison montre une sous-estimation univoque des spectres par les générateurs Monte Carlo (jusqu'à un facteur ~4 pour les Ξ, ~15 pour les Ω). Une analyse de corrélations azimutales (Ξ± - h±) est par ailleurs conduite aux pT intermédiaires (2 < pT < 5 GeV/c) dans les données pp à √s = 7 TeV. Ces corrélations montrent que, lorsque l'impulsion des Ξ± augmente, l'émission de ceux-ci se fait préférentiellement en corrélation avec des jets.

La haute densité d’énergie atteinte au Large Hadron Collider (LHC) au CERN permet une production abondante de sondes dures, telles que quarkonia, jets à haute impulsion transverse (p_T) et bosons vecteurs (W, Z), qui sont produits lors de la collision partonique initiale. Les bosons vecteur se désintègrent avant la formation du Plasma de Quark et de Gluons (PQG), une phase déconfinée de la matière, qui peut être produite lors de collisions d’ions lourds ultra-relativistes. Les leptons issus de la désintégration des bosons électrofaibles ne sont pas sensibles à l’interaction forte avec le PQG. Pour ces raisons les bosons électrofaibles fournissent une référence pour l’étude des modifications induites par le milieu sur les sondes colorées.La production de bosons W en collisions pp à √s=8 TeV et en collisions p-Pb à √s_NN=5.02 TeV est mesurée dans le canal de désintégration muonique au LHC avec le détecteur ALICE. En collision pp, la gamme de rapidité couverte par la mesure est -4<y_cms<-2.5. En collision p-Pb, la différence d’énergie entre le proton et l’ ion plomb donne lieu à un décalage en rapidité. En inversant la direction des faisceaux, il est possible de couvrir les régions de rapidité -4.46<y_cms<-2.96 et 2.03<y_cms<3.53. Les résultats présentés dans cette thèse consistent dans la mesure de la section efficace de la production de muons avec pT>10GeV/c issus de la désintégration des bosons W+ et W-. La mesure de l’asymétrie de charge, définie comme la différence des taux de production des muons positifs et négatifs divisée par leur somme, est également effectuée. Les résultats sont comparés avec des calculs théoriques obtenus avec ou sans tenir compte des modifications des fonctions de distribution partonique dans les noyaux. La production du boson W est aussi étudiée en fonction de la centralité des collisions : nous observons que, dans les erreurs expérimentales, la section efficace des muons issus de la désintégration du boson W est proportionnelle aux nombre de collisions binaires entre les nucléons. / The high collision energies available at the LHC allow for an abundant production of hard probes, such as quarkonia, high-p_T jets and vector bosons (W, Z), which are produced in initial hard parton scattering processes. The latter decay before the formation of the Quark-Gluon Plasma (QGP), which is a deconfined phase of QCD matter produced in high-energy heavy-ion collisions. Their leptonic decay products do not interact strongly with the QGP. Thus electroweak bosons introduce a way for benchmarking in-medium modifications to coloured probes. The production of W-boson in pp collisions at √s=8 TeV and p-Pb collisions at √s_NN=5.02 TeV are measured via the muonic decay channel at the LHC with the ALICE detector. In pp collisions the rapidity covered by the measurement is -4<y_cms<-2.5. In p-Pb collisions, on the other hand, the different energies of the proton and lead ion give rise to a rapidity shift. By exchanging the direction of the beams, it is possible to cover the rapidity ranges -4.46<y_cms<-2.96 and 2.03<y_cms<3.53. The production cross section and charge asymmetry of muons from W-boson decays with p^μT>10 GeV/c are determined. The results are compared to theoretical calculations both with and without including the nPDFs. The W-boson production is also studied as a function of the collision centrality: the cross section of muons from W-boson decays is found to scale with the average number of binary nucleon-nucleon collisions with uncertainties.