Heavy-ion collisions are a powerful tool to study hot and dense QCD matter, the so-called Quark Gluon Plasma (QGP). Since heavy quarks (charm and beauty) are dominantly produced in the early stages of the collision, they experience the complete evolution of the system. Measurements of electrons from heavy-flavour hadron decay is one possible way to study the interaction of these particles with the QGP. With ALICE at LHC, electrons can be identified with high efficiency and purity. A strong suppression of heavy-flavour decay electrons has been observed at high $p_{m T}$ in Pb-Pb collisions at 2.76 TeV. Measurements in p-Pb collisions are crucial to understand cold nuclear matter effects on heavy-flavour production in heavy-ion collisions. The spectrum of electrons from the decays of hadrons containing charm and beauty was measured in p-Pb collisions at $\\sqrt = 5.02$ TeV. The heavy flavour decay electrons were measured by using the Time Projection Chamber (TPC) and the Electromagnetic Calorimeter (EMCal) detectors from ALICE in the transverse-momentum range $2 < p_ < 20$ GeV/c. The measurements were done in two different data set: minimum bias collisions and data using the EMCal trigger. The non-heavy flavour electron background was removed using an invariant mass method. The results are compatible with one ($R_ \\approx$ 1) and the cold nuclear matter effects in p-Pb collisions are small for the electrons from heavy-flavour hadron decays. / Colisões de íons pesados relativísticos é uma ferramenta poderosa para se estudar o plasma de quarks e glúons (QGP). Quarks pesados ({\\it charm} e {\\it beauty}) são produzidos nos estágios iniciais da colisão e participam da evolução completa do sistema. Medidas de elétrons provenientes de quarks pesados é uma das possíveis formas de se estudar a interação destas partículas com o QGP. Utilizando o detetor ALICE do LHC, elétrons podem ser identificados com alta eficiência e boa pureza. Uma forte supressão de elétrons provenientes de quarks pesados foi observada em alto $p_$ em colisões de Pb-Pb a 2.76 TeV. Medidas do mesmo observável em colisões p-Pb são cruciais para se entender os efeitos da matéria nuclear fria na produção de tais partículas. O espectro de elétrons provenientes de hádrons que contêm {\\it charm} ou {\\it beauty} foi medido em colisões p-Pb a $\\sqrt = 5.02$ TeV. Os elétrons foram identificados utilizando o {\\it Time Projection Chamber} (TPC) e o {\\it Electromagnetic Calorimeter} (EMCal) do detetor ALICE, no intervalo de momento transversal de $2 < p_ < 20$ GeV/c. As medidas foram realizadas utilizando dois diferentes conjunto de dados: colisões de mínima tendenciosidade ({\\it minimum bias (MB)}) e colisões tomadas utilizando o trigger do EMCal. Os elétrons de fundo foram removidos utilizando um método de massa invariante. Os resultados são compatíveis com a unidade ($R_ \\approx$ 1) e os efeitos da matéria nuclear fria são pequenos para elétrons provenientes de quarks pesados.

Heavy-ion collisions are a powerful tool to study hot and dense QCD matter, the so-called Quark Gluon Plasma (QGP). Since heavy quarks (charm and beauty) are dominantly produced in the early stages of the collision, they experience the complete evolution of the system. Measurements of electrons from heavy-flavour hadron decay is one possible way to study the interaction of these particles with the QGP. With ALICE at LHC, electrons can be identified with high efficiency and purity. A strong suppression of heavy-flavour decay electrons has been observed at high $p_{m T}$ in Pb-Pb collisions at 2.76 TeV. Measurements in p-Pb collisions are crucial to understand cold nuclear matter effects on heavy-flavour production in heavy-ion collisions. The spectrum of electrons from the decays of hadrons containing charm and beauty was measured in p-Pb collisions at $\\sqrt = 5.02$ TeV. The heavy flavour decay electrons were measured by using the Time Projection Chamber (TPC) and the Electromagnetic Calorimeter (EMCal) detectors from ALICE in the transverse-momentum range $2 < p_ < 20$ GeV/c. The measurements were done in two different data set: minimum bias collisions and data using the EMCal trigger. The non-heavy flavour electron background was removed using an invariant mass method. The results are compatible with one ($R_ \\approx$ 1) and the cold nuclear matter effects in p-Pb collisions are small for the electrons from heavy-flavour hadron decays. / Colisões de íons pesados relativísticos é uma ferramenta poderosa para se estudar o plasma de quarks e glúons (QGP). Quarks pesados ({\\it charm} e {\\it beauty}) são produzidos nos estágios iniciais da colisão e participam da evolução completa do sistema. Medidas de elétrons provenientes de quarks pesados é uma das possíveis formas de se estudar a interação destas partículas com o QGP. Utilizando o detetor ALICE do LHC, elétrons podem ser identificados com alta eficiência e boa pureza. Uma forte supressão de elétrons provenientes de quarks pesados foi observada em alto $p_$ em colisões de Pb-Pb a 2.76 TeV. Medidas do mesmo observável em colisões p-Pb são cruciais para se entender os efeitos da matéria nuclear fria na produção de tais partículas. O espectro de elétrons provenientes de hádrons que contêm {\\it charm} ou {\\it beauty} foi medido em colisões p-Pb a $\\sqrt = 5.02$ TeV. Os elétrons foram identificados utilizando o {\\it Time Projection Chamber} (TPC) e o {\\it Electromagnetic Calorimeter} (EMCal) do detetor ALICE, no intervalo de momento transversal de $2 < p_ < 20$ GeV/c. As medidas foram realizadas utilizando dois diferentes conjunto de dados: colisões de mínima tendenciosidade ({\\it minimum bias (MB)}) e colisões tomadas utilizando o trigger do EMCal. Os elétrons de fundo foram removidos utilizando um método de massa invariante. Os resultados são compatíveis com a unidade ($R_ \\approx$ 1) e os efeitos da matéria nuclear fria são pequenos para elétrons provenientes de quarks pesados.

L’expérience ALICE au LHC étudie le plasma de quarks gluons (PQG), état de la matière où quarks et gluons existent à l’état déconfinés. Une des sondes utilisée pour explorer cet état est l’étude de plusieurs résonances (ρ, ω, ф, J/ψ et Ƴ) via leur canal de désintégration dimuonique, à l’aide d’un spectromètre à muons couvrant les pseudo-rapidités -4 < η < -2.5. La première partie de la thèse se focalise sur les mésons vecteurs de basses masses (ρ, ω et ф) . Elle concerne l’analyse des données récoltées en 2010 en collisions pp à √s = 7 TeV et Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV. Les mésons vecteurs de basses masses sont des outils intéressants pour sonder le PQG grâce à leurs faibles durées de vie et leur canal de désintégration dimuonique non affecté par les interactions dans l’état final. Les taux de production et fonctions spectrales de ces mésons sont modifiées par le milieu hadronique chaud et le PQG. En collisions pp, les distributions du ф, du (ρ+ω) en fonction de l’impulsion transverse ainsi que les sections efficaces et sections efficaces différentielles de production des différents mésons ont été extraites. L’analyse en collisions Pb-Pb ainsi que ses perspectives sont également présentées. La seconde partie de la thèse concerne le futur de l’expérience ALICE et les plans d’amélioration des détecteurs pour l’horizon 2017. Une étude de faisabilité pour l’ajout d’un trajectographe en pixels de Silicium (MFT) à l’avant de l’absorbeur hadronique dans l’acceptance du spectromètre à muons est présentée. Les performances et améliorations apportées par le MFT dans différents canaux de physique ont été étudiées en simulation / ALICE experiment at LHC studies the Quark Gluon Plasma (QGP), a particular state of matter where quarks and gluons are deconfined. A probe to explore this state is the study of several resonances (ρ, ω, ф, J/ψ and Ƴ) through their dimuon decay channel, with a muon spectrometer covering pseudo-rapidity -4 < η < -2.5. In the first part of this thesis, the focus is on light vector mesons (ρ, ω and ф) and their analysis in the 2010 data, in pp collisions at √s = 7 TeV and Pb-Pb collisions at √sNN = 2.76 TeV. Light vector mesons are powerful tools to probe the QGP due to their short lifetime and their dimuon decay channel. Indeed, leptons have negligible final state interactions. Production rates and spectral functions of those mesons are modified by the hot hadronic and QGP medium. In pp collisions, pT distributions, production cross sections and pT-differential cross sections of the different mesons have been extracted. The Pb-Pb analysis and its prospects are also presented. The second part of the thesis concerns ALICE upgrades plans of year 2017. A feasibility study for a Muon Forward Tracker (MFT) in Silicon pixels located upstream of the hadronic absorber, in the spectrometer acceptance, was performed. Performances and improvements brought by the MFT on several physics cases were in simulations

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes représentent le seul moyen pour appréhender en laboratoire le diagramme de phase de la QCD, la théorie de l'interaction forte. Les prédictions théoriques les plus récentes, obtenues par la technique de calcul sur réseau, prévoient une transition de phase entre la matière nucléaire froide (un gaz hadronique) et un plasma de quarks et de gluons (milieu déconfiné). Parmi les différentes sondes expérimentales possibles, l'intérêt des saveurs lourdes est en principe de pouvoir caractériser le milieu produit lors d'une collision entre ions lourds, mais également de pouvoir obtenir des informations sur son évolution spatio-temporelle. Leur étude peut se faire entre autres par le biais de leur canal de désintégration en muons. Cette Habilitation à Diriger des s développe dans une première partie la problématique des collisions d'ions lourds ultra-relativistes, en mettant l'accent sur l'étude des saveurs lourdes. Dans une deuxième partie, les résultats obtenus auprès du collisionneur RHIC (BNL, New York) sont passés en revus, et l'analyse du spectre en masse des dimuons menée au sein de l'expérience PHENIX est détaillée. Enfin, la troisième partie décrit d'une part les développements instrumentaux réalisés pour le système de déclenchement des muons dans l'expérience ALICE auprès du LHC (CERN, Genève), et d'autre part les performances attendues pour l'étude des dimuons.

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Um novo estado, o Plasma Quark-Gluon (QGP), é formado quando a matéria comum formada por hadrons é submetida a condições extremas de temperatura e/ou densidade. Acredita-se que esse estado esteja presente nos primeiros momentos do universo e que seja relevante para entender propriedades da cromodinâmica quântica. O QGP é criado e caracterizado em aceleradores de partículas por meio de colisões de íons pesados. No entanto, uma estrutura alongada em psedorapidez (\\textit{double ridge}) na distribuição da correlação angular entre duas partículas foi encontrada em sistemas pequenos, como pp e p--Pb. Essa estrutura assemelha-se àquela observada nas colisões com íons pesados, onde sua interpretação está ligada ao comportamento coletivo que gera uma anisotropia azimutal nos produtos finais das colisões. Essa estrutura não era esperada em sistemas pequenos e sua interpretação física ainda está em debate, em particular no que diz respeito ao papel da hidrodinâmica e das condições iniciais. Uma medida para este efeito com partículas provenientes de quarks pesados ainda não haviam sido realizadas no momento em que este trabalho foi iniciado e esta medida poderia esclarecer questões sobre as diferentes interpretações. Os quarks pesados são uma sonda interessante caso o QGP seja formado devido ao seu tempo de formação inicial, reagindo a toda a evolução do meio. Neste trabalho, os quarks pesados são estudados medindo-se os elétrons provenientes dos decaimentos semi-leptônicos de hádrons que contêm quarks \\textit{charm} ou \\textit{beauty} e outros quarks leves (\\textit{open heavy flavor}). Os hadrons não são reconstruídos e usa-se um método de extração de sinal para remover elétrons de outras fontes. As correlações angulares de elétrons de decaimento de hadrons de quarks pesados com partículas carregadas em colisões de p--Pb a $\\sqrt{s_{m NN}}$ = 5,02 TeV medidos com o experimento ALICE em rapidez central ($ | \\eta | <0,8 $) são apresentadas. As distribuições mostram sinais de anisotropias azimutais que são quantificadas pelo coeficiente $ v_2 $. O $ v_2 $ para elétrons provenientes de quarks pesados é positivo com mais de $ 5 \\sigma $ de significância, fornecendo uma forte indicação de anisotropias azimutais similares ao \\textit{double ridge} para partículas contendo quarks pesados em colisões de alta multiplicidade de p--Pb. Esta é a primeira medida do $ v_2 $ para elétrons vindos de quarks pesados em colisões p--Pb. / A new state of mater, the Quark-Gluon Plasma (QGP), is formed when the ordinary hadronic matter is put under extreme temperature and/or density conditions. This state is believed to be present in the first moments of the universe and it is relevant to understand properties of the quantum chromodynamics. The QGP is created and characterized in particle accelerators by colliding heavy ions. However, a double-ridge long-range structure in the two-particle azimuthal correlation distribution was found in small systems, such as pp and p--Pb. This structure resembles the one observed in heavy-ion collisions, where its interpretation is linked to collective behavior that generates an azimuthal anisotropy in the final products of the collisions. This structure was not expected in small systems and its physical interpretation is still in debate, in particular regarding the role of hydrodynamics and initial conditions. A measurement for this effect with particles coming from heavy quarks was not done by the time this work started and this measurement could shed light into the different interpretations. Heavy quarks are an interesting probe in case the QGP is formed due to their early formation time, experiencing the whole evolution of the medium. In this work, heavy quarks are examined by measuring electrons originating from the semi-leptonic decays of hadrons that contain a heavy quark (charm or beauty) and other light quarks (open heavy flavor). The hadrons are not reconstructed and a signal extraction method is used to remove electrons from other sources. The azimuthal angular correlations of heavy-flavour hadron decay electrons with charged particles in p--Pb collisions at $\\sqrt{s_{m NN}}$ = 5.02 TeV measured with ALICE detector at mid-rapidity ($|\\eta| < 0.8$) are studied. The distributions show signs of azimuthal anisotropies which are quantified by the $v_2$ coefficient. The $v_2$ for heavy-flavor electrons is found to be positive with more than $5\\sigma$ significance, providing very strong indication of long-range azimuthal anisotropies for heavy-flavour particles in high multiplicity p--Pb collisions. This is the first measurement of the $v_2$ for electrons coming from heavy-flavor hadron decays in p--Pb collisions.

Les collisions de particules à très hautes énergies sont un moyen de sonder la matière au niveau de ses composants les plus élémentaires : les partons (quarks et gluons). Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes produisent dans le même événement le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP) et des interactions élémentaires de type parton-parton. Ces interactions, appelés processus durs, proviennent de l'état initial et produisent des partons de hautes impulsions transverses qui vont fragmenter en hadrons détectables (jets). Avant la fragmentation, les partons sont susceptibles d'interagir avec le QGP, modifiant les propriétés des hadrons produits. L'étude des processus dur sera d'un grand intérêt au LHC. La section efficace de production de jet est calculable en pQCD, en se basant sur l'hypothèse de factorisation. EPOS est un générateur d'événements dont l'objectif est de reproduire des événements directement comparables à l'expérience en décrivant aussi bien les aspects durs que les aspects mous (QGP) dans un modèle cohérent. Dans cette thèse, je détaillerai les motivations pour produire des processus durs dans un événement complet. La partie dure devant être compatible avec la pQCD. Ainsi, comme dans l'expérience la production d'un processus rare nécessite beaucoup de statistique. Je présenterais alors une méthode de coupure sur les hautes impulsions transverses permettant de produire facilement des jets de haute impulsion transverse dans le contexte des aspects mous.

Depuis 20 ans, les collisions entre ions lourds sont la seule façon d'étudier la matière hadronique dans le laboratoire. Le diagramme de phase de la matière hadronique reste encore méconnu malgré les efforts expérimentaux et théoriques qui ont été entrepris ces dernières décennies afin de mieux connaître ses transitions des phases. Après une introduction générale sur le sujet, nous aborderons plus en détail deux transitions de phases de la matière hadronique: la transition liquide gaz et la transition vers le plasma de quarks et de gluons. Une vue générale sur les méthodes expérimentales pour étudier ces transitions sera ensuite présentée dans le troisième chapitre. Les résultats principaux du programme d'ions lourds mené à bien au collisionneur RHIC à BNL (Upton, NY, Etas-Unis), seront présentés dans le quatrième chapitre. Le derniers 3 chapitres seront dédiés au futur programme d'ions lourds au collisionneur LHC au CERN (Genève, Suisse), en particulier à la seule expérience dédiée à cette physique, ALICE, et à son spectromètre à muons.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes au LHC devraient permettre de former le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Les photons, insensibles à l'interaction forte qui domine ce milieu sont une sonde intéressante pour l'étude du PQG. Les gamma-jets sont des processus durs et rares où un photon et un parton sont émis dos à dos. Le parton hadronise en une gerbe de particules appelée jet. Ces jets sont atténués (jet quenching) par interaction forte du parton avec le PQG. La perte d'énergie, ou plus exactement la redistribution de l'énergie du jet, est mesurable par la modification de la distribution de l'énergie des particules appartenant au jet entre les collisions p-p et Pb-Pb (fonction de fragmentation ou distribution en « hump-backed plateau »). Cette mesure nécessite l'énergie initiale du jet, ce que les gamma-jets permettent d'obtenir de façon précise.<br />Notre travail consiste à utiliser le calorimètre EMCal pour détecter un photon en corrélation avec un jet reconstruit dans la partie centrale d'ALICE, puis à comparer ces distributions en énergie pour des collisions p-p et Pb-Pb.<br />Dans un premier temps, la physique des gamma-jets est abordée, puis nous présentons l'identification des particules dans EMCal afin de reconnaître un photon direct, c'est-à-dire un photon émis en corrélation avec un jet. Ensuite, des méthodes d'identification et de reconstruction du jet sont développées pour pouvoir déterminer les distributions de « hump-backed plateau ». Enfin ces techniques sont testées afin d'évaluer les capacités d'ALICE et notamment d'EMCal pour étudier les gamma-jets au LHC et d'apprécier la sensibilité de cette sonde pour explorer le PQG.