Interactions multiples et production de particules au LHC – CGC@LHC

La Chromo-Dynamique Quantique (QCD), la théorie microscopique des interactions fortes, sera omniprésente dans les études à venir au LHC - le "Large Hadron Collider" qui a récemment démarré au CERN. Tout d'abord, la QCD décrit le fond dû aux interactions fortes, duquel on doit extraire les événements rares qui contiennent la physique potentiellement nouvelle. Par ailleurs, la QCD sera étudiée en tant que telle, dans un domaine d'énergie jamais atteint auparavant. A de telles énergies, de nouvelles formes de matière nucléaire, caractérisées par une grande densité de gluons, jouent un rôle essentiel et leur étude requiert de nouveaux outils théoriques. Ces dernières années, d'importants progrès ont été effectués dans ce sens, et les auteurs du présent projet y ont contribué de manière décisive. Un des succès éminents a été la construction d'une théorie effective pour la fonction d'onde d'un hadron (proton ou noyau) à grande énergie -- la `théorie effective du Color Glass Condensate' (CGC) --, qui va au delà de la description standard en termes de distributions de partons car elle inclut les corrélations entre partons qui deviennent importantes à haute densité (et conduisent en particulier au phénomène de saturation des gluons). Toutefois, les aspects dynamiques d'une collision hadron-hadron dans le régime de grande densité de partons sont beaucoup moins bien compris: les formalismes conventionnels, basés sur la "factorisation colinéaire", ignorent les corrélations entre partons et les diffusions multiples. Le formalisme du CGC, qui a le potentiel de décrire de tels effets, est insuffisamment développé pour décrire ces collisions en détail. Par conséquent, notre premier objectif dans ce projet est de développer la théorie, et en particulier le formalisme du CGC, afin d'accroître sa précision et d'étendre son applicabilité à toutes les étapes partoniques d'une collision hadron-hadron. Notre deuxième objectif, conséquence naturelle du premier, est d'exploiter ce formalisme afin de procéder à des études phénoménologiques quantitatives pour le LHC. Le projet est divisé en trois tâches principales, qui correspondent grossièrement aux étapes d'une collision. Notre projet devrait déboucher sur une compréhension plus profonde des phénomènes complexes qui ont lieu lors d'une collision entre deux hadrons à haute énergie. En particulier, nous espérons fournir une description concrète et quantitative, par le biais d'un générateur d'événements Monte-Carlo, de la distribution d'énergie dans l'état final.