NIL

Ce document se concentre sur QCD à basse énergie (en dessous de 1 GeV) où la brisure de la symétrie chirale prend place, expliquant l'existence d'un octet de mésons pseudoscalaires légers (pi,K, eta). La dynamique de ces états est reliée à la manière dont la symétrie chirale est brisée. La hiérarchie de masse particulière des quarks légers permet de considérer (et de comparer) deux limites chirales différentes et intéressantes, avec m_u=m_d=0 et m_s conservé à sa masse physique (N_f=2 saveurs de masse nulle) ou m_u=m_d=m_s=0 (N_f=3 saveurs de masse nulle). Les paramètres d'ordre chiraux associés sont discutés en termes de l'opérateur de Dirac euclidien, soulignant le rôle du déterminant fermionique et des paires de quark étranges dans la mer, et indiquant que les paramètres d'ordre doivent décroître quand on passe de la limite chirale N_f=2 à N_f=3. On étudie ensuite les conséquences de cette suppression pour la théorie effective de QCD à basse énergie, i.e. la théorie chirale des perturbations, en particulier les conditions dans lesquelles les séries chirales sont saturées par leur premier ordre. On montre que les constantes de basse énergie L_4 et L_6, apparaissant au premier ordre sous-dominant, supprimées par la règle de Zweig dans le secteur scalaire mais magnifiées par la grande valeur du quark étrange, jouent un rôle essentiel. Plusieurs sources d'information sont ensuite analysées: une règle de somme reliée à la dépendence du condensat chiral N_f=2 sur la masse du quark étrange indique une variation importante depuis m_s=0 jusqu'à la valeur physique, des simulations sur réseau étudiant la dépendance d'observables pseudoscalaires sur les masses de quarks montrent une suppression des contributions d'ordre dominant par rapport au premier ordre sous-dominant dans les séries chirales, la comparaison des données sur les diffusions pi-pi et pi-K à basse énergie témoigne de différences importantes entre les brisures de symétrie chirale pour N_f=2 et N_f=3 saveurs de masse nulle. Tous ces éléments suggèrent de reprendre soigneusement les hypothèses de convergence généralement posées pour la théorie chirale des perturbations N_f=3, une étude pour laquelle un cadre d'analyse est proposé.

L'expérience ALICE au LHC va étudier dès 2010 le plasma de quarks et de gluons (QGP), état de la matière dans lequel les quarks et les gluons sont déconfinés. Le travail présenté ici a été effectué au sein de la collaboration ALICE, dans le but de préparer l'analyse des futures données expérimentales. Outre une approche théorique du QGP et de la symétrie chirale, nous y développons trois aspects expérimentaux : le sous-détecteur V0, l'étude des mésons de basses masses et la déconvolution. Tout d'abord, nous détaillons les mesures de luminosité et de multiplicité réalisables avec le V0. Ensuite, nous développons l'étude des dimuons dans le spectromètre à muons. Nous nous concentrons en particulier sur les mésons de basses masses : le rho, le omega et le phi. Enfin, nous présentons une façon d'améliorer les données du spectromètre : la déconvolution de Richardson-Lucy.

L'expérience ALICE au LHC va étudier dès 2010 le plasma de quarks et de gluons (QGP), état de la matière dans lequel les quarks et les gluons sont déconfinés. Le travail présenté ici a été effectué au sein de la collaboration ALICE, dans le but de préparer l'analyse des futures données expérimentales. Outre une approche théorique du QGP et de la symétrie chirale, nous y développons trois aspects expérimentaux : le sous-détecteur V0, l'étude des mésons de basses masses et la déconvolution. Tout d'abord, nous détaillons les mesures de luminosité et de multiplicité réalisables avec le V0. Ensuite, nous développons l'étude des dimuons dans le spectromètre à muons. Nous nous concentrons en particulier sur les mésons de basses masses : le rho, le omega et le phi. Enfin, nous présentons une façon d'améliorer les données du spectromètre : la déconvolution de Richardson-Lucy. / The ALICE experiment at LHC will study from 2010 the quark-gluon plasma (QGP), phase of the matter in which quarks and gluons are deconfined. The work presented here was done within the ALICE collaboration, for preparing the analysis of the incoming experimental data. Besides a theoretical approach of the QGP and of the chiral symmetry, we develop three experimental aspects: the V0 sub-detector, the study of the low mass mesons and the deconvolution. First, we detail the measures of luminosity and multiplicity that can be done with the V0. We then develop the study of the dimuons in the muon spectometer. We concentrate on the low masses mesons: the rho, the omega and the phi. Finally, we present a method for improving the spectrometer data: the Richardson-Lucy deconvolution.

Les principaux objectifs des collisions d'ions lourds relativistes sont l'étude de l'équation d'état de la matière nucléaire et des effets du milieu nucléaire sur la production et la propagation des particules étranges. Le détecteur FOPI installé auprès de l'accélérateur SIS du GSI de Darmstadt permet de mesurer et de reconstruire une grande variété de particules étranges, sensibles au milieu nucléaire dense et chaud. L'étude de la production des hypérons $\Lambda$ et $\Xi^-$ dans les collisions Ni+Ni à 1,93 AGeV, collectées par la collaboration FOPI, est présentée dans ce document. Plusieurs méthodes d'analyse ont été utilisées avec notamment une analyse basée sur les réseaux de neurones. Les taux de production des $\Lambda$ sont en particulier discutés en fonction de la centralité de la réaction. Les résultats sont comparés aux prédictions de divers modèles théoriques et résultats déjà existants. Une étude détaillée de la mesure des hypérons doublement étranges $\Xi^-$ sous le seuil de création est présentée. L'ensemble des résultats permet d'apporter de nouvelles contraintes aux modèles et une meilleure compréhension de la production d'étrangeté dans un domaine en énergie proche du seuil de création.

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

L'étude du diagramme des phases de la Chromodynamique Quantique (QCD) et des transitons associées (déconfinement et restoration de la symétrie chirale) représentent des défis majeurs de la Physique moderne et nombreuses sont les approches théoriques qui visent à en sonder les multiples facettes. Du fait de l'intensité de l'interaction forte dans les régimes d’énergie pertinents pour les transitions susmentionnées, ces approches sont en général de nature non-perturbative, la théorie des perturbations étant réputée inapplicable à ces échelles. Il est, cependant, bien établi que le point de départ de la théorie usuelle des perturbations, basée sur la procédure de fixation de jauge de Faddeev-Popov, est ambigu à ces échelles (ambiguïté de Gribov). Dans ce contexte, une approche perturbative modifiée, basée sur le Lagrangien de Curci et Ferrari, a été proposée, via l’ajout phénoménologique d'un terme de masse effectif pour le gluon en jauge de Landau. Cette approche a été testée avec succès, notamment dans sa capacité à reproduire les fonctions de corrélation de la théorie Yang-Mills (et QCD dans la limite de quarks lourds) et la thermodynamique à temperature et potentiel chimique non nuls.Dans cette thèse, nous avons testé la robustesse de ces résultats en évaluant la structure de phase de la QCD avec quarks lourds au deuxième ordre de la théorie des perturbations dans le modèle de Curci-Ferrari et en comparant nos résultats à ceux d'approches nonperturbatives. Nos résultats indiquent que, dans ce régime de quarks lourds, le diagramme de phases est contrôlée perturbativement. Nous avons égalementétendu notre étude au cas de la QCD avec quarks légers en utilisant un schéma de resommation qui exploite la présence de petits paramètres dans le régime infrarouge de la QCD. Dans le secteur des quarks, cette démarche donne lieu à la resommation des fameux diagrammes dits "arc-en-ciel”. Ici, nous généralisons ce formalisme à temperature et densité non nulles et en presence d'un champ de fond gluonique. Nous réalisons une toute première étude qualitative des prédictions du modèle CF concernant l’existence possible d’un point critique dans le diagramme de phases de QCD sur la base d’une version simplifiée des équations générales ainsi obtenues. / Unravelling the structure of the QCD phase diagram and its many aspects such as (de)confinementand chiral symmetry breaking, is one of the big challenges of modern theoretical physics, and manyapproaches have been devised to this aim. Since perturbation theory is believed to cease feasibilityat low energy scales, these approaches treat the relevant order parameters, the quark condensate andthe Polyakov loop, non-perturbatively. However, it is also well-established that the starting point forperturbation theory, the Fadeev-Popov gauge-fixing procedure, is inherently ill-defined in the infrareddue to the presence of Gribov ambiguities. In this context, a modified perturbative approach based onthe Curci-Ferrari Lagrangian has been introduced, where a phenomenologically motivated effective gluonmass term is added to the Landau gauge-fixed action. Prior to the beginning of the thesis, this approach hasproven extremely fruitful in its descriptions of (unquenched) Yang-Mills correlation functions and thermodynamics at (non)zero temperature and density.Throughout the thesis we extend this analysis to the entire phase structure of QCD and QCD-liketheories and test the validity of the model in various regimes of interest. For instance, to further aprevious one-loop study in the regime of heavy quark masses, we have computed the two-loop quarksunset diagram in the presence of a non-trivial gluon background in a finite temperature and densitysetting. We come to the conclusion that the physics underlying center symmetry is well-described by our perturbative model with a seemingly robust weak-coupling expansion scheme. Furthermore, we study the regime of light quarks by means of a recently proposed resummation scheme which exploits the presence of actual small parameters in the Curci-Ferrari description of infrared QCD. In the quark sector, this leads to the renown rainbow equations. We extend this first-principle setup to nonzero temperature, chemical potential, and gluon background. We perform a first qualitative analysis of the prediction of the model concerning the possible existence of a critical endpoint in the QCD phase diagram by using a simplified version of these general equations.

Au cours des dernières décennies, des théories effectives des champs (TEC) ont été largement utilisées comme approche de la physique à interaction forte et à faible énergie (régimes nucléaires et hadroniques). Dans cette thèse, nous explorons en détail trois exemples d'applications du programme des TEC au système NN dans l'état de spin singulet (onde S et ondes périphériques respectivement) et aux molécules théorisées de mésons lourds DDs0* et D*Ds1*. / During the last few decades, effective field theories (EFT) have been widely used as an approach to low-energy strong-interacting physics (nuclear and hadronic regimes). In this thesis, we will explore in detail three examples of applications of the EFT program to the spin-singlet NN system (S wave and peripheral waves respectively) and to the theorized heavy-meson molecules DDs0* and D*Ds1*.

Cette thèse porte sur l'étude de différents aspects de la physique nucléaire depuis les basses énergies jusqu'aux énergies intermédiaires. Pour les basses énergies, où la matière nucléaire est essentiellement constituée de nucléons en interaction, la partie I traite de la fusion-fission des noyaux super-lourds, et la partie II des règles de somme associées aux interactions de type Skyrme. Pour les énergies intermédiaires, la matière nucléaire étant alors considérée comme une phase hadronique principalement constituée de pions, la partie III se focalise sur l'hydrodynamique relativiste de la matière nucléaire avec brisure spontanée de symétrie chirale. Dans la partie I, on s'intéresse à la formation puis à la désexcitation des noyaux super-lourds. On étudie donc la formation du noyau composé avec effets de mémoire. Pour la désexcitation d'un noyau super-lourd, l'existence d'un puits isomérique dans la barrière de potentiel change la dynamique de désexcitation et augmente les temps de fission. Cette dernière étude pourrait être utile à l'étude de la dynamique de la fission des actinides. Dans la partie II, les règles de somme M1 et M3 associées aux potentiels phénoménologiques de type Skyrme sont calculées à partir de leurs définitions intrinsèques. On détermine alors M1 jusqu'au niveau tensoriel et M3 avec potentiel central. Dans la partie III, pour le traitement hydrodynamique de la matière hadronique appliqué aux collisions d'ions lourds on peut, en première approximation, écarter les modifications induites par la brisure spontanée de symétrie chirale mais pas celles dues à l'aspect dissipatif.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à certains aspects concernant les phénomènes hadroniques à basse énergie sous 1 GeV, en dessous de laquelle la symétrie chirale de la Chromodynamique Quantique (QCD) est spontanément brisée. En dessous de cette échelle d'énergie, le spectre de QCD se réduit à un octet de mésons légers pseudo-scalaires (π, K and η). Mais à cause du confinement, QCD sous 1 GeV devient hautement non perturbative - il n'est donc plus possible de décrire à basse énergie la dynamique de ces mésons en termes de gluons et de quarks (ici seuls les quarks légers u, d et s sont concernés). Deux alternatives principales à cet obstacle majeur existent néanmoins: la QCD sur réseau ainsi que les Théories Effectives des Champs. La QCD sur réseau consiste à calculer de manière numériques les diverses observables hadroniques, alors que les théories effectives permettent de nouveau une approche analytique (et perturbative) adaptée à une échelle d'énergie donnée. Dans le cas de QCD à basse énergie, c'est la Théorie Chirale des Perturbations (ChiPT) qui joue le rôle de théorie effective. Cette théorie peut être construite à partir de deux saveurs de quarks légers (u et s) ou trois (u,d, et s). Il est alors possible d'utiliser certains résultats de calculs sur réseau (ainsi que certains résultats expérimentaux) afin d'extraire des valeurs numériques pour les divers paramètres libres que contient la théorie chirale. Il fut néanmoins observé que le développement en séries chirales de quelques observables hadroniques sont numériquement "malades" dans le cadre de la théorie à trois saveurs. En effet, des travaux antérieurs montrent qu'il pourrait exister une possible compétition numérique entre l'Ordre Dominant (LO) et l'Ordre Sous-Dominant (NLO): en place de la hiérarchie usuelle LO>>NLO, l'équivalence LO~NLO prévalerait. La partie principale de la thèse consiste ainsi à la description et l'utilisation d'une version alternative de ChiPT, nommée Théorie Chirale des Perturbations Ressommée (ReChiPT ). Quelques observables hadroniques de basse energie sont calculées puis étudiées dans ce cadre "ressommé", puis nous procédons à l'ajustement de certaines données de QCD sur réseau obtenues par des simulations à 2+1 quarks dynamiques sur ces observables exprimées en ReChiPT: les constantes de désintégrations et les masses de l'octet (π, K, η), ainsi que les facteurs de forme Kl3. Nous testons ensuite la validité de notre assertion concernant la possible compétition numérique observée dans les séries chirales. Enfin, dans la dernière partie, nous discutons plusieurs aspects analytiques et numériques concernant certaines quantités topologiques liées de manière intrinsèque à la très complexe structure du vide de QCD, dans le cadre de ChiPT (ressommé), et nous confrontons de nouveau cette étude à des données réseau 2+1.