L'étude de la production d'étrangeté est essentielle pour la compréhension du scénario des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Elle est donc directement nécessaire à l'étude de la phase de partons déconfinés qui résulterait de ces collisions : le plasma de quarks et de gluons. STAR, l'une des quatre expériences du collisionneur RHIC, constitue un outil idéal pour l'observation des particules multi-étranges Xi et Oméga. Nous avons créé un code de reconstruction des Xi et Oméga utilisant les traces de la chambre à projection temporelle de STAR. Nous avons ensuite mis au point une méthode multivariables de sélection du signal par rapport au fond combinatoire, l'analyse discriminante linéaire, permettant d'optimiser l'efficacité de la sélection et le rapport signal sur bruit en prenant en compte les corrélations entre variables. Nous l'avons appliquée aux données Au-Au prises à 200 GeV dans le centre de masse afin d'améliorer la précision des résultats précédents. Le taux de production de Oméga et anti-Oméga a été obtenu pour trois classes de centralité, ainsi que leur flot radial et leur température de découplage cinétique. Le gain sur l'incertitude relative est de 15 à 30 % selon les observables. Notre analyse permet en outre de distinguer la fonction modélisant le mieux le spectre en masse transverse des Oméga. La vitesse moyenne du flot radial 0,50 ± 0,02 c et la température de découplage cinétique 132 ± 20 MeV ainsi mesurées semblent notamment indiquer que les baryons multi-étranges se découplent plus tôt du milieu hadronique que les particules plus légères que sont le pion, le kaon et le proton. Les barres d'erreur restent cependant trop grandes pour tirer des conclusions fortes.

Dans les collisions les plus centrales d'ions lourds aux énergies accessibles au SPS du CERN les conditions de densité et d'énergie pourraient conduire à une transition vers un nouvel état de la matière, le plasma de quarks et de gluons. L'effet d'écran sur le J/Psi, où l'augmentation de la production de particules étranges comme le phi pourraient en être des traces caractéristiques. Cette thèse traite principalement de la production de mésons phi mesurés grace à la mesure des paires de muons par la collaboration NA50 au cours de l'année 2000. Plusieurs améliorations dont un nouveau déclenchement pour le dénombrement des collisions permettait un meilleur accès aux collisions les plus périphérique et aux collisions centrales.<br> La multiplicité du J/Psi observée dans ces résultats ne confirme pas une brutale décroissance pour les collisions très centrales. Inversement, il n'y a pas non plus d'évidence pour une saturation de la suppression, comme prédit par plusieurs modèles théoriques ne postulant pas l'existence d'une phase plasma.<br> Les sections efficaces de production et les multiplicités des dimuons issus des mésons phi et omega sont similaires aux précédents travaux. Néanmoins l'évolution depuis 2002 de la valeur du PPDB du BR_(phi->mu mu) induit un rapprochement entre les multiplicités de phi observées ici et celles obtenues par NA49, ce qui résoud en partie le «phi puzzle ». Toutefois les pentes apparentes restent différentes.<br> Cette étude débouche aussi sur des perspectives pour la détermination du taux d'étrangeté dans le milieu grâce à l'utilisation directe du rapport phi/omega qui correspond au carré du facteur de saturation de l'étrangeté chi_s utilisé dans de nombreux modèles thermiques.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes sont produites expérimentalement dans le but d'observer la matière dense et chaude. Un des objectifs majeurs est de prouver l'existence du plasma de quarks et de gluons (QGP pour Quark Gluon Plasma) et de l'étudier. Cet état serait celui de la matière dans les conditions de température et de densité suffisamment élevées pour rompre le confinement des quarks à l'intérieur de hadrons. Ces conditions sont obtenues auprès des collisionneurs d'ions lourds travaillant dans les domaines d'énergies les plus élevées. Le RHIC (pour Relativistic Heavy Ion Collider) a notamment permis de réaliser des collisions p+p et Au+Au avec une énergie dans le centre de masse de $\sqrt(s_(NN))=$ 200 GeV. Cette thèse porte sur la production des $\Lambda (1520)$ dans ces deux systèmes grâce au dispositif expérimental de la collaboration STAR (pour Solenoid Tracker At RHIC). La production de cette résonance a été également mesurée dans les collisions du SPS (pour Super Proton Synchrotron) à une énergie égale à $\sqrt(s_(NN))=$ 17.3 GeV. Cette mesure a révélé une diminution importante du signal de $\Lambda (1520)$ observé dans les collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Cette tendance est confirmée à RHIC grâce au calcul des rapports $\Lambda (1520)/\Lambda $ pour les collisions p+p et Au+Au à $\sqrt(s_(NN))=$ 200 GeV. Ce rapport diminue pour les collisions Au+Au par rapport aux collisions p+p et est par ailleurs surestimé par les modèles statistiques qui supposent une production de particules en équilibre thermique. Ces résultats constituent entre autres choses une forte présomption de l'existence d'un découplement des particules produites en deux étapes : un découplement chimique, à partir duquel les multiplicités sont fixées, suivi par un découplement thermique où cessent toutes les interactions. Cette conclusion constitue une étape importante dans notre compréhension des collisions d'ions lourds ultra-relativistes et du comportement de la matière dans ces conditions.

Dans cette thèse, nous étudions la production des dimuons dans une région de masse entre les résonances Phi et J/Psi (Région des Masses Intermédiaires, IMR) dans les collisions proton-noyau et noyau-noyau de haute énergie.<br /><br />L'expérience NA50, installée auprès de l'accélérateur SPS du CERN, détecte les paires de muons émises dans ces interactions au moyen d'un spectromètre spécifique. La mesure de la centralité des collisions repose sur trois détecteurs indépendants : un calorimètre électromagnétique, un détecteur de multiplicité et un calorimètre à zéro degré.<br /><br />Les résultats des analyses proton-noyau fournissent une valeur de référence pour l'étude des interactions noyau-noyau. Les distributions expérimentales, corrigées de l'acceptance et de la résolution par une méthode quadri-dimensionnelle, des dimuons IMR sont correctement reproduites par la superposition des processus conventionnels DY et DDbar (désintégration des mésons charmés). L'extrapolation linéaire avec le nombre de masse des noyaux des résultats p-A aux collisions S-U et Pb-Pb, sous-estime systématiquement les spectres mesurés dans la région des masses intermédiaires.<br /><br />Cet excès de dimuons IMR augmente avec la centralité des collisions. Plusieurs modèles théoriques sont présentés et comparés aux données noyau-noyau. Nous montrons qu'un modèle basé sur la diffusion des mésons D et Dbar dans l'état final ne reproduit pas les distributions expérimentales. Finalement, cette étude permet de proposer deux explications possibles de l'excès observé. Les spectres noyau-noyau peuvent être reproduits soit par une augmentation de la production de charme soit par la présence de dimuons thermiques émis par un milieu dense et chaud.

In part to search for a possible critical point (CP) in the phase diagram of hot nuclear matter, a beam energy scan was performed at the Relativistic Heavy-Ion Collider at Brookhaven National Laboratory. The Solenoidal Tracker at RHIC (STAR) collected Au+Au data sets at beam energies, √sNN , of 7.7, 11.5, 19.6, 27, 39, 62.4, and 200 GeV. Such a scan produces hot nuclear matter at different locations in the phase diagram. Lattice and phenomenological calculations suggest that the presence of a CP might result in divergences of the thermodynamic susceptibilities and correlation lengths. The statistical moments of the identified-particle multiplicity distributions directly depend on both the thermodynamic susceptibilities and correlation lengths, possibly making the shapes of these multiplicity distributions sensitive tools for the search for the critical point. The statistical moments of the multiplicity distributions of a number of different groups of identified particle species were analyzed. Care was taken to remove a number of experimental artifacts that can modify the shapes of the multiplicity distributions. The observables studied include the lowest four statistical moments (mean, variance, skewness, kurtosis) and some products of these moments. These observables were compared to the predictions from several approaches lacking critical behavior, such as the Hadron Resonance Gas model, mixed events, (negative) binomial, and Poisson statistics. In addition, the data were analyzed after gating on the event-by-event antiproton-to-proton ratio, which is expected to more tightly constrain the event trajectories on the phase diagram.

La matière que nous connaissons est composée de hadrons dont les quarks et les gluons sont les composants élémentaires. Ces derniers n'existent pas libres dans la matière ordinaire et sont donc en permanence confinés dans les hadrons. Cependant, d'après les prédictions théoriques, quelques microsecondes après le Big Bang, la température était suffisamment élevée pour que les quarks et les gluons ne soient pas contenus dans les hadrons. Il s'agit d'une phase déconfinée de la matière hadronique appelée Plasma de Quarks et Gluons (QGP). Le Large Hadron Collider (LHC) au CERN (Genève) est un accélérateur de particules permettant d'accélérer, entre autres, des ions et de produire des collisions à des énergies dans le centre de masse par nucléons allant jusqu'à plusieurs TeraélectronVolts. Il est ainsi possible d'atteindre des températures permettant de recréer cette phase de QGP pour en étudier les propriétés. C'est dans ce cadre que se place l'expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiement) qui est dédiée à l'étude des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Le temps de vie du QGP étant trop faible, il n'est pas possible de l'étudier directement. Il est alors nécessaire d'utiliser des observables indirectes. Ce travail de thèse s'inscrit directement dans ce programme de physique par le biais de l'étude des collisions d'ions lourds à 2.76 TeV. Deux observables sont abordées : la densité de particules chargées par unité de pseudorapidité et les mésons vecteurs de basse masse (rho, omega et phi) dans le canal dimuons. La première observable permet d'accéder à des informations sur les conditions initiales et la dynamique sous-jacente des mécanismes de production de particules. La mesure est réalisée sur la gamme en pseudo-rapidité la plus large jamais atteinte au LHC (10 unités) grâce au développement d'une méthode d'analyse originale dite " méthode des vertex déplacés ". La technique employée et les résultats obtenus sont décrits dans le chapitre 3. L'étude des mésons vecteurs de basse masse permet d'accéder à la production d'étrangeté via le méson phi et à la symétrie chirale à travers la modification de la fonction spectrale du rho. L'analyse a été menée à l'aide du spectromètre à muons d'ALICE et les résultats obtenus sur le taux de production du méson phi par rapport au mésons rho et omega sont présentés dans le chapitre 4. Dans ce chapitre, une étude sur la sensibilité du détecteur aux effets liés à la restauration de la symétrie chirale est aussi menée.

La chromodynamique quantique (QCD), théorie actuellement utilisée pour décrire l’interaction forte, a prédit l’existence d’une transition de phase, à très haute température et/ou densité, vers un état de la matière nucléaire où les quarks et les gluons sont déconfinés : le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP). Un tel milieu peut être produit en laboratoire, et la mesure de ses propriétés permet d’apporter un éclairage nouveau sur les mécanismes sur les mécanismes d’interactions entre les constituants ainsi que de tester la QCD dans des domaines inexplorés.Les collisions d’ions lourds ultra-relativistes délivrées par l’accélérateur LHC au CERN permettent d’obtenir les conditions thermodynamiques nécessaires à la formation du QGP. À l’aide d’une instrumentation diversifiée, l’expérience ALICE permet d’accéder à un grand nombre d’observables permettant de caractériser le QGP. Parmi celles-ci, la mesure de la fragmentation des partons (quarks et gluons) permet d’étudier en détail les mécanismes de perte d’énergie des partons dans le milieu et de sa redistribution dans l’état final, et peut également être comparée à des calculs théoriques modélisant, à partir de la QCD, l’interaction d’un parton énergétique avec le QGP qu’il traverse.Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit s’articule autour de l’étude de la fonction de fragmentation par la mesure des corrélations photon-hadron en collisions proton-proton et proton-Plomb. Dans un premier temps, un travail de calibration en énergie du calorimètre électromagnétique de l’expérience ALICE a été réalisé, accompagné de la caractérisation des incertitudes de cette calibration. Dans un second temps, les corrélations photon-hadron, dont la difficulté majeure réside en l’identification des photons directs, ont été étudiées. Les résultats obtenus dans les deux systèmes de collisions démontrent la faisabilité de l’analyse qui pourra être étendue facilement aux collisions Plomb-Plomb périphériques. Enfin, ce travail montre que les incertitudes dominantes de la mesure seront réductibles avec les données prochainement délivrées par le LHC. / The quantum chromodynamics (QCD), the theory used at present to describe the strong interaction, predicts the existence of a phase transition, at very high temperature and/or density, towards a state of nuclear matter where quarks and gluons are deconfined : the Quark-Gluon Plasma (QGP). Such a medium can be produced in laboratory, and the measurement of its properties allows to give a new perspective on the mechanisms of interactions between the constituents as well as to test the QCD in unexplored domains.Ultra-relativistic heavy ion collisions delivered by the accelerator LHC at CERN allow to obtain the thermodynamical conditions necessary for the QGP to be formed. By means of a diversified instrumentation, the ALICE experiment allows to reach a large number of observables allowing to characterize the QGP. Among these, the measurement of the fragmentation of the partons (quarks and gluons) allows to study in detail the mechanisms of energy loss in the medium and its redistribution in the final state, and can also be compared with theoretical calculations, based on QCD, that model the interaction of an energetic parton with the QGP which is passing through.The work presented in this manuscript is articulated around the study of the fragmentation function via the measurement of the photon-hadron correlations in proton-proton and proton-Lead collisions. At first, a work on energy calibration of the ALICE experiment’s electromagnetic calorimeter was realized, along with the characterization of the uncertainties of this calibration. Secondly, the photon-hadron correlations, whose main difficulty is the identification of the direct photons, were studied. The results obtained in both systems of collisions demonstrate the feasibility of the analysis which can be easily widened to the peripheral Lead-Lead collisions. Finally, this work shows that the dominant uncertainties of the measurement will be reducible with the new data delivered by the LHC.

La densité epsilon0 de la matière nucléaire ordinaire est de l'ordre de 0,17 GeV/fm^3 . Lorsqu’ elle atteint une densité comprise entre 5 à 10 epsilon0 ou une température comprise entre 150 à 200 MeV, une transition de phase, prédite par la ChromoDynamique Quantique sur réseau, vers un nouvel état de la matière se produit. Cet état dans lequel les quarks et les gluons sont déconfinés et peuvent se mouvoir librement est appelé Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Les collisions d’ions lourds ultra-relativistes au Large Hadron Collider (LHC) permettront de recréer les conditions de formation d’un tel état. L’étude du PQG au LHC se fera essentiellement avec l’expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) dont le spectromètre à muons est conçu pour observer dans le canal muonique, sur un domaine de pseudo-rapidité -4 < eta < -2.5, la suppression des résonances lourdes (J/psi,Upsilon) par écrantage de couleur à travers leurs décroissance en muons.La première partie de ce travail porte sur les corrections d’acceptance et d’efficacité qui sont indispensables pour les analyses de physique. Cette étude a montré que le processus de correction est indépendant des distributions choisies.La seconde partie de cette thèse porte sur l’analyse du J/psi dans les collisions proton+proton à sqrt(s) = 7 TeV. / The ordinary nuclear matte density epsilon0 is around de 0,17 GeV/fm^3 . For a critical value between 5 and 10 epsilon0 or a temperature around 150 to 200 MeV, the lattice Quantum ChromoDynamics (lQCD) predicts a phase transition from the classical matter to a new state of matter called the Quark Gluon Plasma (QGP). In this state, quarks and gluons behave like free particles. Heavy ions collisions at the Large Hadron Collider (LHC) are used to recreate the condition needed for a QGP formation. ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is one of the LHC experiment dedicated to the study the QGP. One of the possible signature is the suppression of the quarkonia (J/psi, Upsilon) by color screening. The ALICE muon spectrometer allows to measure the quarkonia, in a pseudo-rapidity domain -4 < eta < -2.5, using their decay into muons.The first part of the report presents the acceptance and efficiency corrections. These corrections are crucial for the analysis. This study has shown that the correction process is independent from the selected distribution used for the correction.The second part describes the analysis of the J/psi in proton+proton collisions at sqrt(s) = 7 TeV.

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