Mapping the proton using J/ψ photoproduction with ALICE and development of a novel structure of gaseous particle detector

Cartographier le proton via la photoproduction du J/ψ avec ALICE et développement d'une nouvelle structure de détecteur de particules gazeux Ce doctorat est divisé en deux parties, dont chacune durera un an et demi. La première partie fait suite au stage de trois mois déjà effectué au CEA, en recherche et développement sur des détecteurs Micromegas. Les détecteurs Micromegas sont des détecteurs gazeux à plaques parallèles constituées de deux étages : (1) un étage de dérive et (2) un étage d'amplification situé entre le circuit imprimé qui collecte le signal et une micro-grille. Le champ électrique présent dans l'espace d'amplification est très élevé, donnant lieu à un phénomène d'avalanche lorsqu'y pénètre un électron. Les ions résultant de cette avalanche sont ceux responsables de possibles distorsions du champ électrique dans la zone de dérive. Les GEMs (Gas Electron Multiplier) sont des feuilles percées de trous auxquels on peut appliquer deux potentiel electriques, créant ainsi une amplification dans les trous de la GEM. Le travail consiste à étudier la possibilité d'ajouter dans un détecteur Micromegas une ou plusieurs micro-grilles / GEM au dessus de la micro-grille d'amplification de façon à capturer ces ions avant qu'ils n'entrent dans l'espace de dérive. Cela nécessitera de construire et caractériser plusieurs détecteurs prototypes de taille réduite, d'en simuler les propriétés précises, puis de tester ces détecteurs en laboratoire. Ces détecteurs présentent de nombreuses applications dans les expériences de physique des particules, en particulier ce type de détecteur est déjà utilisé au LHC au CERN (à Genève) ainsi qu'au RHIC (Brookhaven National Laboratory (NY state, USA). Le but est de construire un détecteur qui dépasse la précision spatiale de ceux qui existent déjà, qui pourra dans un second temps être utilisé dans des expériences de détection des particules. La seconde partie de mon doctorat est portée sur l'étude de la structure du proton et l'interaction des particules élémentaires qui le constituent : l'interaction forte. Ces particules élémentaires sont des quarks et des gluons. Les gluons sont des particules capables de créer d'autres gluons d'elles-mêmes, menant ainsi à une "saturation" de la structure du proton. Ce phénomène est étudié au LHC dans des collisions dites "ultra-périphériques" de proton et de plomb (les noyaux de proton et de plomb se croisent, et interagissent sans se toucher), ultrarelativistes (les noyaux sont accélérés à la vitesse de la lumière). Le noyau de Plomb agit comme une source de photons (particules de lumières) qui vont interagir avec le proton : de cette interaction est produite une troisième particule (J/ψ), signataire de la structure du proton. En effet, le photon peut interagir plus ou moins profondément dans le proton avec ses constituants (quarks ou gluons), en fonction de son énergie. En caractérisant la production du J/ψ, on mesure l'état du proton à différentes profondeurs (ou échelles d'énergie). Cette analyse permettra de contraindre les modèles théoriques qui existent déjà pour comprendre l'interaction forte, qui gouverne le comportement de la matière et la cohésion des atomes.