Figure 1 :Affichage de l'événement d'une collision plomb-plomb avec un photon de grande impulsion transversale. Dans cet événement, le jet d'équilibrage attendu n'est pas visible à l'œil nu, compatible avec sa dégradation par son passage dans le plasma quark-gluon. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Les collisions de noyaux de plomb dans le LHC forment le milieu dense connu sous le nom de plasma quark-gluon (QGP). Expérimentalement, le QGP est caractérisé par le flux collectif de quarks et de gluons émergents. Ils se fragmentent en "jets" hautement collimatés de particules qui à leur tour perdent de l'énergie par un phénomène connu sous le nom d'extinction de jet. L'étude de cet effet peut améliorer la compréhension de la chromodynamique quantique, la théorie de l'interaction nucléaire forte qui régit le comportement du QGP.
Dans l'expérience ATLAS au CERN, l'extinction par jet a été mesurée à l'aide de diverses techniques. Dans une méthode, les taux de production totaux de grands jets d'impulsion transversale sont sensiblement supprimés dans les collisions plomb-plomb "centrales" (celles dans lesquelles les noyaux de plomb en collision ont un grand chevauchement et créent une région étendue de QGP). L'extinction des jets a également été observée dans des événements individuels, comme lorsque l'équilibre de quantité de mouvement attendu entre les paires de jets est déformé par la présence du milieu QGP.
Les événements dans lesquels un jet est produit en face d'un photon de grande impulsion sont particulièrement utiles puisque le photon n'interagit pas de manière appréciable avec les quarks et les gluons composant le milieu. La fraction de la quantité de mouvement du photon portée par le jet d'équilibrage dans les collisions plomb-plomb a été mesurée par ATLAS, et s'est avéré être fortement décalé vers des valeurs inférieures, reflétant l'atténuation de la quantité de mouvement totale du jet lorsqu'il traverse le milieu.
En plus d'éteindre l'élan global du jet, le milieu peut également déformer la façon dont la quantité de mouvement restante est répartie entre les hadrons du jet. Ces "fonctions de fragmentation" ont été mesurées pour la première fois par ATLAS pour des jets opposés à un photon dans des collisions proton-proton et plomb-plomb.
Figure 2 :Fonction de fragmentation dans les événements proton-proton en fonction du moment transversal des particules chargées. Les résultats sont présentés pour l'échantillon à majorité de quarks de jets d'équilibrage de photons (noir), l'échantillon à majorité gluonique de jets sélectionnés de manière inclusive (rouge), et une simulation de Monte Carlo (vert). Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Les événements photon+jet sont plus susceptibles de résulter de la diffusion Compton d'un gluon dans l'un des faisceaux à partir d'un quark dans l'autre faisceau, ce qui signifie que le jet opposé au photon a très probablement été initié par un quark fragmentant. Par contre, les jets avec une quantité de mouvement similaire mais sans photon associé sont plus susceptibles de provenir de la fragmentation des gluons. La figure 2 compare ces différentes fonctions de fragmentation dans les collisions proton-proton, représenté ici en fonction de la quantité de mouvement transverse des hadrons à l'intérieur d'un jet. Les jets initiés principalement par un quark ont un schéma de fragmentation qui est plus susceptible de créer des fragments plus énergétiques que celui des jets à majorité de gluons, comme attendu d'études précédentes sur les jets de quarks et de gluons.
Dans les collisions plomb-plomb périphériques (où les noyaux ont un chevauchement modeste et créent une région QGP de taille modérée), la fonction de fragmentation des jets d'équilibrage des photons est significativement modifiée par rapport à celle des collisions proton-proton, reflétant les effets du médium déformant. Dans les événements de collision centrale plomb-plomb, ces modifications s'avèrent encore plus importantes. C'est ce que montre la figure 3, qui compare le rapport de la fonction de fragmentation dans les événements plomb-plomb central et périphérique, pour les deux types de jets. Ces résultats suggèrent que lorsque les jets traversent une région QGP plus grande et plus chaude, leur structure interne est systématiquement encore modifiée.
Figure 3 :Ratio de la fonction de fragmentation pour des jets équilibrés en azimut avec un photon à impulsion élevée (pT) des collisions plomb-plomb centrales à périphériques, représenté en fonction du moment transversal des particules chargées. Les résultats sont affichés pour les jets marqués par des photons (points noirs) et pour les jets inclusifs (points rouges). Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Curieusement, les études de la fonction de fragmentation pour les jets inclusifs observent un comportement différent – qui est celui passé une certaine taille QGP, les jets émergents ne continuent pas à être modifiés. Étant donné que cette caractéristique inattendue des données peut résulter d'un certain nombre de facteurs, des études plus détaillées avec les statistiques photon+jet plus élevées attendues dans la prise de données plomb-plomb de 2018 seront utiles pour révéler l'origine de cet effet.
