Première mesure de l'asymétrie azimutale de la production du Jpsi vers l'avant dans les collisions Au+Au à 200GeV par paire de nucléons avec l'expérience PHENIX
Résumé
One of hight energy experiment main goal is the study of nuclear matter under extreme conditions. Ultra-relativistic Au+Au collisions at 200~GeV per binary nucleon-nucleon collision could generate high enough temperature and energy density to form a new state of matter, the quark gluon plasma (QGP), where quarks and gluons would be free from strong interactions. The $\jpsi$ is a heavy particle made of charm quarks ($c \bar c$). The study of its production has been suggested a QGP probe. $\jpsi$ suppression was initially expected if a QGP was formed because of screening between charm quarks within a dense colored medium. Lots of $\jpsi$ measurements have been made at SPS (CERN) and RHIC (BNL). They have allowed to point out this suppression but also showed the presence of additional mechanisms, which lead to a more difficult interpretation of the results. The PHENIX experiment is the only one of RHIC experiments to be able to measure the $\jpsi$ at positive rapidity via its disintegration into two muons. In 2007, RHIC collided Au ions at $\sqrt{s_{NN}}=200$~GeV in the center of mass, which allowed to increase by a factor four the available statistics for $\jpsi$ studied compared to previous published results. Such statistics, combined with the installation of new detectors in PHENIX, helped to increase previous measurements precision, and to measure new observables such as the azimuthal asymmetry of $\jpsi$ production. This observable should allow distinguish between $\jpsi$ production mechanisms. This manuscript presents today understanding of quarkonia production, and the use of this probe in QGP study. In particular, elliptic flow measurement can put constrain on our knowledge about the created medium. The analysis that leads to the first measurement of $\jpsi$ azimuthal anisotropy at positive rapidity in Au+Au collisions at 200~GeV per nucleon-nucleon collisions is detailed. This measurement should help understand $\jpsi$ production mechanism, especially concerning the level of $c$ quark recombinaison into $\jpsi$.
Un des objectifs principaux de l'expérience PHENIX est l'étude de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes de température et de densité d'énergie. Dans les collisions ultra-relativistes Au+Au à 200 GeV par paires de nucléon, il serait possible de former un état de la matière pour lequel les quarks et les gluons ne seraient plus liés au sein des nucléons mais pourraient évoluer de façon quasi-libre sur des distances plus grandes que la taille caractéristique de ces derniers. Cet état est dénommé le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP). L'étude de la production du J/psi, particule lourde formée d'une paire de quarks charme (c et c_bar), est une des sondes initialement proposée pour étudier le QGP. Une suppression de la production du $\jpsi$ était en effet attendue en présence d'un QGP, en raison de l'écrantage du potentiel de liaison entre les quarks charme le constituant par la présence du milieu dense coloré environnant. De nombreuses mesures du $\jpsi$ ont eu lieu depuis au SPS (CERN) et à RHIC (BNL). Elles ont permis de mettre en évidence non seulement l'existence d'une telle suppression, mais également la présence de mécanismes supplémentaires, rendant plus difficile l'interprétation des résultats correspondants. L'expérience PHENIX est la seule des quatre expériences de RHIC capable de mesurer le J\psi à rapidité positive via sa désintégration en deux muons. En 2007 des collisions Au+Au à une énergie par paire de nucléons dans le centre de masse \sqrt{s_{NN}}=200 GeV ont été réalisées à BNL, ce qui a permis d'augmenter d'un facteur quatre la statistique disponible pour l'étude du $\jpsi$ par rapport aux résultats publiés précédemment. Cette augmentation, ajoutée à la mise en oeuvre de nouveaux détecteurs dans PHENIX, a permis de préciser les mesures précédentes, et de mesurer des observables jusqu'alors inaccessibles telles que l'asymétrie azimutale de la production du J\psi, une grandeur qui devrait permettre de distinguer certains des mécanismes de cette production. Ce manuscrit présente la compréhension actuelle de la production de quarkonia et l'utilisation de cette sonde dans l'étude du QGP. En particulier, la mesure du flot elliptique peut contraindre notre connaissance du milieu formé. L'analyse conduisant à la première mesure de l'anisotropie azimutale du $\jpsi$ à rapidité positive dans les collisions Au+Au à 200~GeV par paire de nucléons est détaillée. Cette mesure devrait permettre de préciser le mécanisme de production du méson, en particulier en ce qui concerne la part de recombinaison des quarks $c$ en $\jpsi$.
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