Gluodynamics

Le projet Gluodynamics : sonder la nature des systèmes gluoniques denses

 

Le projet P2IO Gluodynamics permettra d'étudier les gluons comme source de géométrie des protons et des noyaux et source de force à l'intérieur de la matière en forte interaction grâce à la structure moderne des hadrons et aux descriptions de la dynamique des fluides des interactions hadroniques et de leurs interconnexions.

 

CONTEXTE :

L'interaction forte, arbitrée par les gluons, est responsable de la majeure partie de la masse de la matière ordinaire selon les simulations, alors que le mécanisme Englert-Brout-Higgs (prix Nobel 2013) n'en représente qu'une petite fraction. La structure gluonique des particules en forte interaction, les hadrons, est en effet essentielle pour la compréhension des propriétés de l'univers. Cependant, le secteur gluonique des hadrons reste largement inexploré à l'heure actuelle. En outre, les systèmes thermodynamiques à haute température qui interagissent fortement sont régis par la dynamique des fluides, où une description en termes de matière hadronique ordinaire devient inapplicable. À ces températures, une phase appelée plasma Quark-Gluon est produite, dont la structure interne en termes de degrés de liberté et les interactions entre ces derniers restent largement inconnues.

Plusieurs concepts théoriques, largement développés dans les laboratoires du P2IO, permettent une étude rigoureuse de la structure des hadrons. Ils permettent soit d'accéder à la structure dans l'espace des coordonnées et des moments transverses ou encore d'étudier les propriétés des hadrons à la limite des très grandes énergies de collision. Cependant, les distributions gluoniques dans l'espace des coordonnées et des moments sont largement méconnues puisque les gluons n'interagissent pas de manière électromagnétique et que l'information doit être déduite indirectement. La densité à l'état initial dominée par le gluon et sa géométrie est l'un des principaux ingrédients pour décrire le fluide à forte interaction créé en laboratoire.

La connaissance de ces conditions initiales bénéficiera des connaissances acquises dans les études de la structure des hadrons et est une condition préalable aux études de précision des propriétés de la matière QCD. En outre, des possibilités expérimentales s'ouvrent au LHC pour contraindre la structure des hadrons.

PROJET :

Une étude systématique des systèmes denses à forte interaction, des hadrons et des systèmes fluidodynamiques exploitant des concepts modernes, de nouvelles expériences et leurs connexions sera réalisée dans le cadre de 4 axes de travail :

1. Géométrie : étude expérimentale et théorique de la géométrie des nucléons et du nucléaire dans les réactions électrons-hadrons au JLab (électrons-hadrons) et les collisions photons-hadrons au LHC
2. Unification : l'unification des différents cadres théoriques pour l'étude des hadrons et des calculs ab-initio de la QCD et de l'hydrodynamique ainsi que la promotion des outils logiciels développés au sein du P2IO
3. Gluomètre : étude expérimentale de la force gluonique au moyen de gluomètres au LHC avec du quarkonium comme forcemètre dans un collisionneur en mode cible fixe et dans des jets pour en savoir plus sur le rayonnement du gluon : la compréhension actuelle se limite dans une large mesure à des connaissances qualitatives qui peuvent être étendues à une compréhension plus approfondie par des observations nouvelles et plus précises
4. Futur : jeter les bases de futurs programmes expérimentaux de collisionneur QCD dans l'ère post-2030 avec des études de simulation de détecteurs dédiées aux futures installations de collision comme le collisionneur électron-ion ainsi que la mise à niveau des détecteurs du LHCb au LHC : l'exploitation des données enregistrées dans les futures installations (EIC, LHC) nécessitera des optimisations de la conception des chaînes de détection, de lecture et de reconstruction.

IMPACTS ATTENDUS :

Ce programme scientifique à la synergie unique permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes sous-jacents de l'interaction forte et des plus petits fluides sur terre. De plus, il préparera la communauté locale aux défis expérimentaux et théoriques à venir à l'EIC et au HL-LHC. Le projet aura un fort impact scientifique au niveau international grâce au paysage unique du P2IO, qui associe des experts théoriques et expérimentaux de premier plan en matière de physique des hadrons et des ions lourds.

Cet échange entre théorie, phénoménologie, analyse expérimentale et études de simulation pour l'avenir est nécessaire pour progresser dans la recherche de la structure des nucléons et du plasma Quark-Gluon en sondant le QCD de façon extrême. La combinaison de la structure des hadrons et de l'expertise en matière d'ions lourds du côté expérimental et théorique est innovante.

 

LABORATOIRES P2IO IMPLIQUÉS DANS LE PROJET :

CEA IRFU: DPhN;

CEA IPHT;

IJCLab;

LLR, CPHT

 

PORTE-PAROLES DU PROJET :

Michael Winn ( ) et Cyrille Marquet ( )

 

Pour en savoir plus : http://www.p2io-labex.fr/Phocea/Page/index.php?id=27