Jet production in PbPb collisions at a per-nucleon center-of-mass energy of 2.76 TeV has been studied using the ATLAS detector at the LHC. Interactions between the high- pT partons and the hot, dense medium, produced in these ultrarelativistic collisions, are expected to cause the loss of the jet energy (jet quenching). This thesis presents results of the jet analysis done on the data taken during the 2011 heavy-ion run at the LHC as well as PYTHIA Monte Carlo reference. Jets are reconstructed using the anti-kt jet clustering algorithm and studied as a function of collision centrality and dijet energy imbalance. With increasing centrality, dijets are observed to be increasingly asymmetric, consistent with the theory of jet quenching. The study of charged particle tracks indicates the increase of the low-pT tracks in the strongly quenched jets. 1

Highly energetic jets are considered to be a direct probe of hot and dense QCD medium created in heavy ion collisions. Jet measurements performed both at the LHC and RHIC indicate a presence of the jet quenching phenomenon. This thesis summarizes ATLAS jet heavy ion measurements and it reports the first exploratory study of properties of the multi-jet production in heavy ion collisions presented in terms of yield of neighbouring jets. The work is expected to shed a light on the process of the parton energy loss. The measurement is performed using the Pb+Pb collision data collected by ATLAS detector during the 2011 LHC runs at the nucleon-nucleon center of mass energy of 2.76 TeV. 1

Title: Study of jet fragmentation and inclusive jet production in heavy-ion colli- sions with the ATLAS experiment Author: Mgr. Radim Slovák Institute: Institute of Particle and Nuclear Physics Supervisor: Mgr. Martin Spousta, Ph.D., Institute of Particle and Nuclear Physics, Charles University Abstract: This thesis presents two measurements - measurement of the jet frag- mentation functions and inclusive jet production in heavy-ion collisions. The frag- mentation functions are measured in Pb+Pb and pp collisions with the ATLAS detector at the LHC. The distributions are measured as a function of jet trans- verse momentum and rapidity. The analysis utilises an integrated luminosity of 0.14 nb−1 of Pb+Pb data and 4.0 pb−1 of pp data collected in 2011 and 2013, respectively, at the same centre-of-mass energy of 2.76 TeV. Modest but signif- icant centrality-dependent modifications of fragmentation functions in Pb+Pb collisions with respect to those in pp collisions are seen. Measurements of the yield and nuclear modification factor, RAA, for inclusive jets are performed us- ing 25 pb−1 of pp data at √ s = 5.02 TeV and 0.49 nb−1 of Pb+Pb data at √ sNN = 5.02 TeV. The jets are measured over the transverse momentum range of 100-1000 GeV in six rapidity intervals covering |y| < 2.8. The magnitude of the RAA...

Austenitization followed by quenching is a well-known conventional heat-treating procedure which is widely used on carbon steels with the aim to obtain high strength in as-quenched condition. Such quenching is usually done by immersing a steel product into the cooling medium which provides a uniform cooling of the surface. The cooling rate can be adjusted to a certain degree on a “component” length-scale by using different cooling mediums such as water, oil, polymer solution, etc. However, certain steel products such as beams, pillars in automobile industry or different machinery parts in agriculture require a proper and controllable cooling gradient and thus mechanical property gradient within the product. It is difficult to control the cooling rates locally on the length-scale smaller than the product only by replacing the quenching medium. In addition, quenching by immersing the product into the cooling medium is accompanied by thermal stresses due to the different cooling rates of the surface and the core, and also accompanied by transformation stresses due to the volume change during phase transformations. These stresses may lead to negative effects such as undesired residual stresses or even cracks. Therefore, cooling must be properly optimized and controlled to eliminate these drawbacks. Such a controllable cooling can be performed by several impingements of the water jets onto a hot austenitized surface at certain locations. By controlling the water flow, number of jets, their locations and other parameters, the global and the local cooling rates can be optimized for a specific industrial application later on.  This thesis demonstrates the potential and capability of the water Impinging Jet Quenching Technique (IJQT) to provide a flexible and controllable cooling for both differential and for uniform quenching cases. The test rig of IJQT was developed in the University of Gävle and was used to perform quenching experiments in this study: differential cooling of thick sheets and uniform quenching of bars to different depths. Differential cooling was performed on square-shaped carbon steel sheets with thickness of 15 mm, and the uniform quenching with different flow rates was performed on carbon steel cylindrical bars with 100 mm in diameter. Along with the physical experiments, Comsol Multiphysics 5.6 software was used to solve a 1D heat transfer problem to estimate the cooling rate profile along the radius of the bar. The experiments were verified by observations and characterization of the microstructure using light optical microscopy (LOM), and by examining the mechanical properties through tensile tests and hardness measurements. The results of the quenching experiments and verifications showed a high potential and flexibility of the IJQT in differential cooling case as well as in the uniform quenching case. / <p>Funding agencies: For financial support Sweden’s Innovation Agency Vinnova, SSAB,Väderstad Components, Swedish Knowledge Foundation and Universityof Gävle are acknowledged.</p>

Dans les collisions Pb-Pb au LHC, un milieu chaud et dense formé de quarks et de gluons déconfinés est formé, communément appelé Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Le PQG est l’état hypothétique de l’univers primordial quelques microsecondes après le Big Bang et constituerait encore à ce jour le cœur des étoiles à neutrons. Une des signatures les plus frappantes de l’occurrence du PQG lors de collisions d’ions lourds est la suppression des jets. Ce phénomène appelé étouffement des jets est attribué au mécanisme de perte d’énergie du parton à l’origine du jet lors de son trajet au travers du milieu formé par le PQG.Les deux dernières décennies ont vu l’émergence d’une formulation théorique du phénomène d’étouffement des jets dans le cadre de la Chromo Dynamique Quantique. La perte d’énergie étant le plus fréquemment attribuée dans la littérature à des processus radiatifs et collisionnels. Un nouveau mécanisme de perte d’énergie à été étudié dans ce travail de thèse qui outre la description des effets de diffusions multiples, met en œuvre une perte d’énergie radiative induite par un champ chromomagnétique, de sorte qu’un parton rapide se propageant au travers du milieu ressentira l’effet des champs magnétique et de couleur tout en subissant des diffusions multiples avec les particules du milieu.De plus, les modèles théoriques prédisent une dépendance de la perte d’énergie avec la charge de couleur et la masse du parton issu d’une diffusion à grand transfert d’impulsion lors de sa traversée du milieu.Une telle dépendance en masse peut être étudiée en mesurant la production de hadrons et de jets contenant des quarks lourds dans les collisions pp, p-Pb et Pb-Pb au LHC. Dans cette thèse, un modèle original du milieu est présenté, décrit comme un ensemble de centres de diffusion statiques colorés en présence d’un champ chromomagnétique, de même qu’une description du mécanisme de perte d’énergie associé. Enfin, la mesure de la production de jets issus de quarks beaux avec le détecteur ALICE dans les colllsions pp et p-Pb à l’énergie de 5.02 TeV au LHC à l’aide d’une méthode d’étiquetage utilisant le paramètre d’impact des traces est présenté dans cette thèse. / In Pb-Pb collisions at the LHC, a hot and dense medium of deconfined quarks and gluons is formed, the so-called Quark-Gluon Plasma (QGP).The QGP is conjectured to be the state of matter of the early Universe up to few microseconds after the Big Bang and may still exist in the core of neutron stars. One of the most striking signatures of the QGP formation in heavy-ion collisions is the suppression of jet production. This phenomenon, called jet quenching, is ascribed to the energy lost by the initial parton while traveling through the QGP medium.In the last two decades, many theoretical developments of the theory of jet quenching have been formulated within pQCD.The main energy loss mechanisms proposed in the literature are attributed to radiative and collisional processes. Another kind of energy loss is developed in this work comprises a background field induced radiative energy loss which besides that besides scattering effects. Under the suggested model, a fast parton propagating through the medium will feel the effect of the color magnetic and the color electric fields while undergoing multiple scatterings with the particles in the medium.Besides, theoretical models predict that energy loss depends on the color charge and mass of the hard-scattered parton traversing the medium. Such mass dependence can be studied by measuring the production of hadrons and jets containing heavy-quarks in pp, p-Pb and Pb-Pb collisions at the LHC.In this thesis report, a new model for the medium is presented, which is described as a collection of static colored scattering centers in the presence of a chromomagnetic field, together with the description of the related energy loss mechanism. The ALICE measurement of b-jet production in pp and p-Pb collisions at $sqrt{s_{mathrm{NN}}}=5.02$ TeV using an impact parameter based tagger is also presented.

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 ?