Étude de la production de charmonia dans les collisions proton-proton et noyau-noyau au LHC dans l’expérience ALICE

Mots clés

Plasma de quark et de gluons, collisions d’ions lourds ultra-relativistes, LHC, ALICE, Saveurs lourdes, quarkonia

Date de début de thèse

Octobre 2026

Profil et compétences

• Diplôme de master en physique des particules, physique hadronique ou physique nucléaire
• Expérience en programmation informatique (maîtrise des langages C++ et python)
• Bonne compréhension orale et bonnes capacités à écrire et parler en anglais
• Capacité à travailler en équipe et au sein d'une grande collaboration de scientifiques

Encadrement

Marie Germain, Chargée de recherches (CNRS) : +33 2 51 85 86 06 germain@subatech.in2p3.fr Kara Mattioli, Maître de Conférences (Nantes Université) : +33 2 51 85 84 85 mattioli@subatech.in2p3.fr

Résumé du sujet de thèse

Les collisions d’ions lourds ultra-relativistes délivrées par le grand collisionneur de hadrons du CERN (LHC) fournissent les conditions extrêmes de température et de densité permettant l’étude des propriétés de la matière et notamment un état déconfiné de quarks et de gluons (PQG) prédit par la chromodynamique quantique (QCD). Les quarkonia, particules composées d’une paire de quark anti-quark lourds, sont produits aux premiers instants d’une collision d’ions lourds. L’étude de ces quarkonia permet de mieux comprendre l’état initial d’une collision hadronique et de caractériser expérimentalement les propriétés du PQG et son évolution. Les quarkonia sont en effet très sensibles à la température du milieu produit par la collision d’ions lourds. Si cette température est suffisamment élevée, une paire de quarks charmés initialement produite peut se dissoudre dans le milieu ambiant sans former d’état lié : c’est le phénomène de suppression. Ainsi, plus le PQG est chaud, plus le taux de suppression des quarkonia est élevé. Les mesures effectuées au LHC lors des Runs 1 et 2 ont apporté un éclairage nouveau sur les mécanismes de suppression et de production des quarkonia, et plus particulièrement du J/ψ. L’énergie disponible dans les collisions plomb-plomb (Pb-Pb) au LHC est telle qu’un taux de suppression de ces particules plus important ou égal à celui mesuré au RHIC était attendu. Or les mesures ont montré que cette suppression est moindre. En effet, la quantité de quarks charmés produits par collision au LHC est très importante. Ainsi, même si les paires de ces quarks sont dissociées par le milieu, ceux-ci peuvent, après diffusion dans le PQG, à nouveau reformer une paire pour produire un quarkonia ; il s’agit du phénomène de recombinaison qui peut expliquer la suppression moins importante observée pour le J/ψ. Cependant les contraintes que ces mesures apportent sur les modèles théoriques restent limitées car celles-ci concernent la production inclusive des J/ψ. Le Run 3 du LHC devrait permettre de séparer les charmonia produits directement lors de la collision de ceux produits par la désintégration d’autres particules telle que le méson B. La séparation de ces contributions est une étape nécessaire dans la compréhension des mécanismes de production et d’interaction des quarkonia avec le milieu. Celle-ci est rendue possible grâce à l’installation du détecteur Muon Forward Tracker (MFT) dans l’expérience pour le Run 3 d’ALICE. L’objectif de la thèse sera l’étude de la production des quarkonia dans les données collectées (dans les collisions pp, pO, NeNe, OO et PbPb à 5.36 TeV) lors du Run 3 d’ALICE à grande rapidité dans le canal muonique. Le candidat participera à l’analyse de données en lien avec les sujets d’intérêt du groupe.

Enjeux

La thèse s’inscrit dans la thématique de l’étude et la compréhension des mécanismes de production et d’intéraction des saveurs lourdes dans un plasma de quarks et de gluons au sein de l’expérience ALICE. Le laboratoire subatech a contribué fortement à la conception, la construction et la mise en oeuvre du détecteur Muon Forward tracker au sein d’ALICE pour la prise de donnéees 2022-2026. L’enjeu de la thèse est d’exploiter les données collectées avec ce détecteur afin de séparer les contributions charm et beauté dans la production de quarkonia. De plus l’un des enjeux de cette thèse sera la mise en place d’algorithmes basées sur l’intelligence artificielle pour l'analyse de données.

Moyens

Le candidat rejoindra l’équipe PLASMA de SUBATECH constituée de 9 chercheurs permanents et 2 étudiants en thèse. Il participera, au sein de la collaboration ALICE aux développements des programmes d’analyse, de calibration des détecteurs (MFT, spectromètre à muons). En tant que membre de la collaboration ALICE, le candidat bénéficiera de tous les moyens informatiques (grille de calcul, logiciels … de la collaboration.) L’accès aux données de l’expérience est également garanti. De nombreux séjours au CERN (Suisse) sont à prévoir. Le travail de thèse sera présenté en réunions de collaboration, fera l’objet de notes d’analyses internes à la collaboration ALICE, et devrait faire l’objet de publications dans des revues scientifiques. De plus, une ou plusieurs présentations dans des conférences internationales sont attendues.

Comment postuler

Le/la candidat(e) doit postuler UNIQUEMENT sur la plateforme AMETHIS (https://amethis.doctorat.org/amethis-client/) avant le 31 mai 2026. Les documents suivants seront demandés et devront être téléchargés sur la plateforme :

• Curriculum Vitae
• Lettre de motivation
• Relevés de notes et classements pour chacune des années universitaires (master et licence) accompagnés d'une copie du diplôme (ou cycle d'ingénieur)
• Lettre de recommandation du/de la responsable direct du stage de Master 2, ou, le cas échéant, lettre de recommandation du responsable du stage de Master 1

Pour plus d'informations, le/la candidat(e) peut contacter Marie Germain (germain@subatech.in2p3.fr) avant le 31 mai 2026.