Nous introduisons un formalisme adéquat pour étudier les collisions hadroniques dans la limite de haute énergie en chromodynamique quantique (QCD), et la transition vers le régime de saturation. Dans ce formalisme, nous redérivons les résultats connus nécessaires pour présenter nos recherches personnelles, et nous calculons différentes sections efficaces dans le contexte de la diffraction dure et de la production de particules. Nous étudions la transition vers le régime de saturation dans le cadre de l'équation BK; en particulier, nous dérivons certaines propriétés de ses solutions. Nous appliquons nos résultats à la diffusion profondément inélastique et nous montrons que, dans le domaine d'énergie du collisionneur HERA, les prédictions de la QCD à haute énergie sont en bon accord avec les données. Nous considérons aussi la production de jets dans les collisions hadroniques et discutons des possibilités de tester la saturation au LHC.

Les collisions d'ions lourds sont un outil unique pour étudier la matière nucléaire dans des conditions extrêmes de densité et de température, comme celles présents peu après le Big Bang, où la matière nucléaire aurait été composé d'un plasma de quarks et de gluons quasi-libres. Sa production à l'aide de collisions Pb-Pb à 5.5A TeV est le thème central de l'expérience ALICE-LHC. Les photons émis dans ces collisions sont des signatures très intéressantes parce qu'elles apportent des informations non perturbées sur le plasma. Le détecteur PHOS de l'expérience ALICE est dédié à leur détection. Cette thèse présente une étude des performances de PHOS et décrit les algorithmes d'identification de particules. Les photons de haute énergie sont produits associés à un jet émis l'opposé qui subira des modifications causées par le plasma. Une méthode d'identification de ces processus et une estimation des modifications du jet par le plasma sont explicitées.

Les collisions d'ions lourds ultrarelativistes, dont le but est la formation et l'étude du plasma de quarks et de gluons, recouvrent un<br />vaste domaine de la physique nucléaire et des hautes énergies. Nombreuses sont les observables proposées comme signature de la<br />formation du plasma de quarks et de gluons. Dans mon travail de thèse, je me suis penchée sur deux d'entre elles: la suppression du <br />J/Psi et les effets collectifs ou de ``flot''. <br /><br />Dans cet exposé, je ne discuterai que du flot, ce dernier occupant la majeure partie de ma thèse. Après avoir présenté la problématique<br />de l'analyse de flot, je montrerai les limitations méthodes ``standard'' utilisées depuis 1985, notamment sur les données publiées en<br />1998 par la collaboration NA49 du CERN. J'exposerai alors une nouvelle méthode d'analyse se basant sur un développement en<br />cumulants des corrélations azimutales multiples. Cette méthode non seulement généralise la méthode standard mais également permet<br />des mesures de flot plus fines, là où les méthodes conventionnelles échouent. Je présenterai enfin mes résultats sur l'analyse des<br />nouvelles données de NA49.

la production de phi et (omega+rho) a été étudiée à travers la mesure des paires de muons dans l'expérience NA38-NA50. L'extraction des résultats utilise la meme technique d'analyse pour les systemes considérés qui couvrent la plus grande partie des possibilités, du système d-C au système Pb-Pb. Une des originalités est que les rapports de production phi/(omega+rho) sont extraits dans des domaines de masse transverse. Cette étude met en évidence un changement de comportement entre les systèmes utilisant des projectiles légers, d-C et d-U, et ceux utilisant des projectiles lourds, S-U et Pb-Pb. On observe de plus pour le phi une augmentation supplémentaire de la production, qui s'inscrit dans l'augmentation générale de l'étrangeté observée dans les collisions d'ions lourds à ces énergies. Ces résultats semblent par ailleurs indiquer que l'utilisation de la masse transverse conduit à une certaine unification des évolutions de la production des différentes régions de masse des dimuons.

NIL

La théorie prévoit, qu'aux premiers instants de l'univers, la matière a pu existersous la forme d'un plasma de quarks et de gluons (QGP). Les collisions d'ions lourds à des énergies ultra-relativistes sont utilisées pour recréer cet état déconfiné de la matière. L'expérience NA50 au CERN a mis en évidence, entre autres, l'existence d'une suppression anormale du J/psi dans sa désintégration dimuon pour les collisions les plus centrales du système Pb-Pb. La collaboration NA60 a permis, avec une précision accrue, d'améliorer et de compléter les résultats de NA50. Pour cela, le groupe NA60 a ajouté un spectromètre à ≪ pixels ≫ en amont de l'absorbeur de l'expérience NA50. L'un des résultats les plus remarquables de cette expérience a été de montrer que l'excès de dimuons observé aux masses intermédiaires était dû à des dimuons directs, ce qui pourrait être la première mise en évidence de dimuons thermiques. Le travail de ce manuscrit s'inscrit sur l'expérience NA60 pour les collisions In-In à 158 Gev/c par nucléon et porte sur la production de la résonance J/psi en fonction de la centralité. Après corrections des effets d'acceptance et d'efficacité, la centralité est déduite de la multiplicité des traces en utilisant le code de simulation VENUS. La production du J/psi est normalisée aux événements de biais minimum qui sontinsensibles à la production d'un QGP. Les résultats indiquent que la production du J/psi dans les collisions In-In est compatible avec l'absorption nucléaire de section efficace σ= 4.18 ± 0.35mb et qu'il n'y a donc pas de suppression anormale et ceci quelque soit la centralité de la collision. Cette étude n'a porté que sur une partie des données In-In, la statistique complète doit permettre d'affiner et de confirmer ce résultat.

A travers des collisions, il est possible de reproduire un Plasma de Quarks et de Gluons. Dans ce cadre, le détecteur ALICE installé auprès du collisionneur LHC (CERN) est optimisé pour étudier la transition vers cet état hypothétique de la matière. Il est équipé d'un spectromètre mesurant les sondes muoniques (quarkonia, saveurs lourdes...). La première partie de cette thèse présente la méthode calculant l'efficacité du système de trajectographie de ce spectromètre. Les résultats, obtenus par simulation, sont replacés dans le contexte du calcul global d'efficacité. Ceux-ci montrent l'évolution de l'efficacité en fonction des défaillances électroniques probables. Ils établissent que le bon fonctionnement du détecteur implique moins de 90% de canaux défaillants et 85% de cartes dites MANU défaillantes. La deuxième partie présente la mise en place de la méthode dite « Distance Closest Approach », permettant l'identification des muons provenant de particules charmées ou belles. Pour des impulsions transverses pt < 4 GeV/c, la détermination de la contribution des saveurs lourdes (du charme en particulier) au spectre des muons simples impose qu'une soustraction de la décroissance de pions et de kaons soit effectuée. Cette discrimination n'est pas possible trace par trace, le développement d'une méthode alternative de soustraction des hadrons légers a été introduite. La méthode de DCA utilise la distance entre les traces extrapolées dans le plan transverse au vertex primaire et ce vertex. La différence de forme entre les distributions en DCA du signal et du bruit provenant des différentes longueurs de décroissances, liées aux types des particules, autorisera une meilleure séparation permettant ainsi de remonter aux sections efficaces de production du charme et de la beauté.

Le Silicon Strip Detector (SSD) est la quatrième couche de détecteur en silicium à micropistes double face de l'expérience STAR installée auprès du RHIC et complète le système de trajectographie interne. L'objectif de STAR consiste en l'étude de collisions d'ions lourds visant à mettre en évidence la formation d'un état déconfiné de la matière nucléaire, le Plasma de Quarks et de Gluons.<br />Une augmentation de la production de particules étranges, comme les particules K0-shorts, Λ, Ξ, Ω décroissant après le vertex primaire d'interaction en particules secondaires a été prédite comme signature de l'existence de cet état. La reconstruction précise de ces particules est alors nécessaire. Le SSD sera aussi important dans le cadre de la mesure de particules charmées via une identification directe topologique de la décroissance de ces particules. <br />Il a été conçu pour augmenter les capacités de trajectographie de STAR en permettant une meilleure connexion des traces reconstruites avec le <br />détecteur principal (TPC) et le détecteur de vertex interne (SVT).<br />Dans cette thèse, nous quantifierons l'apport du SSD à travers les collisions Cuivre Cuivre ayant eu lieu au RHIC en 2005.<br />L'étude des données simulées fournira aussi une comparaison nécessaire pour la compréhension des résultats.

La QCD sur réseau prédit la transition d'une phase hadronique vers le Plasma de Quarks et Gluons (PQG) pour des températures au-dessus de 10^{13} K. Pour le recréer en laboratoire, des collisions d'ions lourds ont été proposées. Dans cette optique, le LHC produira des collisions Pb-Pb à 5.5 TeV/u, qui seront étudiées notamment auprès de l'expérience ALICE. En particulier, son spectromètre à muons permettra d'examiner les sondes muoniques (quarkonia, beauté ouverte, ...). Les performances attendues de ce dispositif pour mesurer des muons et des dimuons sont ici discutées. Des techniques de factorisation sont employées pour différencier les contributions à l'efficacité globale. Les résultats indiquent que le détecteur devrait être capable de mesurer des muons jusqu'à pt~100 GeV/c avec une résolution proche de 10%. On montre que la production des bosons faibles pourra être mesurée pour la première fois dans des collisions d'ions lourds. Les distributions de muons simples en pt et de la masse invariante des dimuons sonderont le W et le Z. Comme les muons issus des décroissances de quarks b et c peupleront principalement le domaine intermédiare en pt de 5-25 GeV/c, les calculs de perte d'énergie des quarks lourds dans le milieu indiquent que le spectre devrait être supprimé d'un facteur 2-4 dans les collisions Pb-Pb les plus centrales 0-10% à 5.5 TeV. Néanmoins, pour pt > 35 GeV/c la production des bosons faibles predomine, et aucune suppression n'est attendue. Des estimations indiquent que le point de croisement entre des muons issus de b et de W diminuera en pt de 5 à 7 GeV/c dans les collisions Pb-Pb les plus centrales 0-10% à 5.5 TeV.

Lorsque l'impulsion longitudinale des partons contenus dans un hadron ultra-relativiste diminue, on observe un accroissement de leur densité. Quand la densité approche une valeur d'ordre $1/\alpha_s$, elle n'augmente plus, elle sature. Ces effets de haute densité semblent être correctement décrits par la théorie effective du "Color Glass Condensate". Du point de vue expérimental, le LHC est le meilleur outil jamais disponible pour atteindre la phase saturée de la matière hadronique. Pour cette raison, la physique de la saturation est une branche très active de la QCD dans les années passées et à venir car la théorie et les expériences peuvent être comparées. En premier lieu, je discute de la phénoménologie des collisions proton-plomb qui ont eu lieu à l'hiver 2013 et dont les données sont sur le point d'être disponibles. Je calcule la section efficace pour la production de deux gluons qui est l'observable la plus simple pour trouver des preuves quantitatives de la saturation dans le régime cinématique du LHC. Je traite également la limite des états finaux fortement corrélés à grandes impulsions transverses et, par la même occasion, généralise la distribution de partons au régime dense. Le second sujet principal est l'évolution quantique des spectres de gluons et de quarks dans les collisions noyau-noyau, ayant à l'esprit son caractère universel. Ce résultat est déjà connu pour les gluons et je détaille ici le calcul avec attention. Pour les quarks, l'universalité n'a toujours pas été prouvée mais je dérive une formule de récursion intermédiaire entre l'ordre dominant et l'ordre sous-dominant qui constitue une étape cruciale dans l'extraction de l'évolution quantique. Enfin, je présente brievement un travail indépendant de théorie des groupes. Je détaille une méthode personnelle permettant de calculer des traces impliquant un nombre arbritraire de générateurs, une situation souvent rencontrée dans les calculs de QCD.