– hadron@LHC

Le LHC va démarrer en 2008, et la France est très impliquée dans l'expérience ALICE qui analysera des collisions proton-proton et noyau-noyau. Le projet vise d'une part à promouvoir une collaboration réelle entre théoriciens et expérimentateurs, sur quelques points précis, qui pourront évoluer en fonction des premiers résultats d'ALICE ; d'autre part à rapprocher plusieurs groupes de théoriciens qui jusqu'ici travaillent indépendamment sur le sol français. Le projet fédère donc des équipes de plusieurs laboratoires : Institut de physique théorique du CEA Saclay, Subatech de l'Ecole des Mines de Nantes (théoriciens et expérimentateurs), LAPTH d'Annecy (théorie), Laboratoire Leprince-Ringuet de l'Ecole polytechnique (expérience). Le travail s'articule autour de trois axes de recherche, qui ont en commun de requérir une collaboration étroite entre théorie et expérience. Le premier axe consiste à établir des prédictions théoriques pour les collisions d'ions lourds dans le secteur de la « physique molle » (particules d'impulsions < 2 GeV, qui représentent 99% des particules produites), en utilisant l'expérience acquise auprès du collisionneur d'ions lourds RHIC à Brookhaven. Une collision d'ions lourds produit une goutte de matière en interaction forte, un « plasma », qui se détend dans le vide et se transforme en particules. On espère en tirer des informations sur l'interaction forte à haute température. Ceci nécessite de caractériser quantitativement le degré d'équilibre du système : est-il proche ou non d'un équilibre thermodynamique local ? Cette question est reliée, du côté théorique, à la valeur de la viscosité de QCD à haute température. Du côté expérimental, plusieurs observables sont susceptibles de renseigner sur cette question : le flot anisotrope, et l'interférométrie Bose-Einstein entre les particules identiques, qui mesure la distribution spatio-temporelle des particules au moment de la dernière interaction. L'étude théorique utilisera des modèles hydrodynamiques et des modèles de transport pour modéliser l'expansion. On cherchera également à établir dans quelle mesure le système produit garde une mémoire des conditions initiales, c'est-à-dire si la physique « molle » peut nous renseigner sur la QCD à haute énergie, qui prédit le contenu partonique des noyaux entrant en collision. Le deuxième axe de recherche concerne la production de mésons lourds portant un quark c ou b. D'un point de vue théorique, ces processus sont accessibles à des calculs perturbatifs, au contraire des observables « molles » décrites plus haut. D'un point de vue expérimental, c'est un des axes privilégiés par la composante française d'Alice, dont le bras dimuon servira prioritairement à l'étude des saveurs lourdes. Le but du projet sera de caractériser l'influence du plasma en expansion, formé dans une collision d'ions lourds, sur la distribution en impulsion des mésons lourds. Enfin, le troisième axe du projet concerne les collisions proton-proton, plus précisément le contenu en hadrons des « jets » qui seront produits dans ces collisions. L'idée est d'exploiter dans ce domaine les capacités d'ALICE, plus performante que les autres expériences pour l'identification des hadrons, en particulier à basse impulsion transversale. Les modèles théoriques pour le contenu en particules d'un jet comportent un volet perturbatif, décrivant le rayonnement de partons dans un jet, et un volet non perturbatif, la transformation des hadrons en partons. On cherchera à tester précisément l'hypothèse de dualité locale parton-hadron qui est faite pour modéliser ce processus d'hadronisation. La composante expérimentale sera ici déterminante.