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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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La théorie de l'interaction forte, ou Chromodynamique Quantique (QCD), prédit l'existence d'une nouvelle phase de la matière nucléaire à très haute température et/ou très haute densité. Cet état est composé de quarks et de gluons déconfinés connu sous le nom de plasma de quarks-gluons (PQG).La mesure de sa composition et de ses propriétés est un enjeu important pour la physique nucléaire du XXIème siècle afin de parvenir à une meilleure compréhension des symétries et des mécanismes fondamentaux à l'origine du confinement des quarks au sein des hadrons et de l'interaction forte dans son ensemble.L'accélérateur LHC (Large Hadron Collider) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) permet d'atteindre les conditions thermodynamiques nécessaires à la formationdu plasma de quarks-gluons à l'aide de collisions d'ions lourds (Pb) ultra relativistes. L'expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) permet d'accéder à un grand nombre d'observables pour caractériser le PQG à partir de la reconstruction et de l'identification des particules produites lors descollisions. Parmi ces observables, la perte d'énergie des partons (quarks, gluons) de haute impulsiontransverse permet une étude des caractéristiques du milieu telle que sa densité et sa température.La perte d'énergie des partons est mise en évidence par la modification de la distribution en énergiedes hadrons produits par fragmentation.Cette thèse s'articule autour de l'analyse des corrélations photon-hadron dans le but d'étudierla modification de la fragmentation partonique par le plasma de quarks-gluons. La première partiede cette thèse est consacrée à la caractérisation du calorimètre électromagnétique EMCal, détecteur central pour la mesure en énergie et l'identification des photons. La seconde partie est dédiéeà la mesure des corrélations photon-hadron, dont l'analyse a portée sur les collisions proton-protond'énergie ps = 7 TeV, avant d'être appliquée aux collisions Plomb-Plomb d'énergie psNN = 2.76TeV. Un effort particulier a été fourni pour optimiser l'identification des photons prompts, un des points clés de cette analyse.

La théorie de l’interaction forte, ou Chromodynamique Quantique (QCD), prédit l’existence d’une nouvelle phase de la matière nucléaire à très haute température et/ou très haute densité. Cet état est composé de quarks et de gluons déconfinés connu sous le nom de plasma de quarks-gluons (PQG).La mesure de sa composition et de ses propriétés est un enjeu important pour la physique nucléaire du XXIème siècle afin de parvenir à une meilleure compréhension des symétries et des mécanismes fondamentaux à l’origine du confinement des quarks au sein des hadrons et de l’interaction forte dans son ensemble.L’accélérateur LHC (Large Hadron Collider) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) permet d’atteindre les conditions thermodynamiques nécessaires à la formationdu plasma de quarks-gluons à l’aide de collisions d’ions lourds (Pb) ultra relativistes. L’expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) permet d’accéder à un grand nombre d’observables pour caractériser le PQG à partir de la reconstruction et de l’identification des particules produites lors descollisions. Parmi ces observables, la perte d’énergie des partons (quarks, gluons) de haute impulsiontransverse permet une étude des caractéristiques du milieu telle que sa densité et sa température.La perte d’énergie des partons est mise en évidence par la modification de la distribution en énergiedes hadrons produits par fragmentation.Cette thèse s’articule autour de l’analyse des corrélations photon-hadron dans le but d’étudierla modification de la fragmentation partonique par le plasma de quarks-gluons. La première partiede cette thèse est consacrée à la caractérisation du calorimètre électromagnétique EMCal, détecteur central pour la mesure en énergie et l’identification des photons. La seconde partie est dédiéeà la mesure des corrélations photon-hadron, dont l’analyse a portée sur les collisions proton-protond’énergie ps = 7 TeV, avant d’être appliquée aux collisions Plomb-Plomb d’énergie psNN = 2.76TeV. Un effort particulier a été fourni pour optimiser l’identification des photons prompts, un des points clés de cette analyse. / The strong interaction theory, Quantum Chromodynamic (QCD), predicts a new phase of nuclearmatter at very high temperature and/or very high density. This state is composed of deconfinedquarks and gluons known as the quark-gluon plasma (QGP). The measurement of its compositionand properties is a challenge for the nuclear physics of the 21st century and should lead to a betterunderstanding of the fundamental symetries and mechanisms related to the quarks confinement insidehadrons and the strong interaction generally.The Large Hadron Collider (LHC) accelerator at CERN (European Organization for NuclearResearch) allows to reach the thermodynamic conditions required to create the quark-gluon plasmausing ultra-relativistic heavy ion collisions (Pb). The ALICE experiment (A Large Ion ColliderExperiment) allows to access several probes to characterize the QGP through particles reconstructionand. Among these probes, high energy parton energy loss is used to access medium characteristicssuch as density or temperature. Parton energy loss is estimated from the modification of the energydistribution of hadrons produced by fragmentation.This thesis is dedicated to the photon-hadron correlations analysis in order to study the modificationof the parton fragmentation due to the quark-gluon plasma. First part of this thesis is devotedto the characterization of the electromagnetic calorimeter (EMCal), the central detector for energymeasurement and photon identification. The second part is dedicated to the photon-hadron correlationmeasurement, for the 7 TeV proton-proton collisions and 2.76 TeV Lead-Lead collisions. Animportant work has been done to improve the prompt photon identification, one of the key point ofthis analysis.

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