A quantum approach to dynamical quarkonia suppression in high energy heavy ion collisions / Roland Katz ; sous la direction de Pol-Bernard Gossiaux et de Elena Bratkovskaya

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Plasma quark-gluon

Schrödinger, Équation de

Langevin, Équation de

Interactions d'ions lourds

Gossiaux, Pol-Bernard (Directeur de thèse / thesis advisor)

Bratkovskaya, Elena (Directeur de thèse / thesis advisor)

Aichelin, Jörg (Président du jury de soutenance / praeses)

Cassing, Wolfgang (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Fleuret, Frédéric (1958-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Peigne, Stéphane (Membre du jury / opponent)

Berrehrah, Hamza (1983-....) (Membre du jury / opponent)

École nationale supérieure des mines (Nantes ; 1990-2016) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Résumé / Abstract : La chromodynamique quantique (QCD) prédit l'existence d'un nouvel état de la matière : le plasma de quarks et de gluons (PQG). Celui-ci aurait existé dans les premiers instants suivant le Big Bang et peut en principe être produit sous les conditions extrêmes de température et de densité atteintes lors de collisions d'ions lourds à haute énergie (au LHC par exemple). Un des marqueurs de sa présence est la suppression des quarkonia (états liés de quark/antiquark lourds), caractérisée par une production inférieure de ces états dans les collisions d'ions lourds relativement aux collisions proton-proton où le PQG ne pourrait être créé. Cette suppression a bien été observée expérimentalement, mais l'évolution de ses tendances aux énergies du RHIC et du LHC est un véritable défi qui requiert une meilleure compréhension théorique. La présente thèse a pour but d’étudier l’évolution en temps réel de paires corrélées de quark/antiquark lourds considérées comme des systèmes quantiques ouverts en interaction permanente avec un PQG en refroidissement. Explicitement, l'interaction continue entre le milieu et les degrés de liberté internes de la paire est obtenue par 1) un écrantage de couleur dit « de Debye » dû à la présence de charges de couleur dans leur voisinage et 2) des mécanismes de fluctuation/dissipation qui reflètent les collisions permanentes. Cela mène à une image dynamique et continue de la dissociation des quarkonia, de leur recombinaison et des transitions entre états liés. L'étude est transversale à différents cadres théoriques : semi-classique, quantique et quantique des champs. Les prédictions du modèle sont comparées aux résultats expérimentaux et aux résultats d'autres modèles théoriques.

Résumé / Abstract : The theory of quantum chromodynamics (QCD) predicts the existence of a new state of matter: the Quark-GluonPlasma (QGP). The latter may have existed at the first moments of the Universe following the Big Bang and can be, in theory, re-produced under the extreme conditions of temperature and density reached in high energy heavy ion collisions (at the LHC for instance). One of the QGP observables is the suppression of the quarkonia (heavy quark/antiquark bound states), characterised by a smaller production of these states in heavy ion collisions in comparison to proton-protoncollisions, in which no QGP production would be possible. This suppression has indeed been observed experimentally, but the puzzling evolution of its trend from RHIC to LHC energies requires a better theoretical understanding. The present thesis aims at studying the real-time evolution of correlated heavy quark/antiquark pairs described as open quantum systems which permanently interact with a cooling QGP. More explicitly, the continuous interaction between the medium and the pair internal degrees of freedom is obtained through 1) a temperature dependent color screening (“Debye” like) due to color charges in the irvicinity and 2) some fluctuation/dissipation mechanisms reflecting the continuous collisions. It leads to a dynamical and continuous picture of the dissociation, recombination and possible transitions to other bound states. This investigation is at the crossroads of different theoretical frameworks: semi-classic, quantum and quantum fields. The deduced predictions are compared to experimental data and to the results of other theoretical models.