P. Marage -
Thèmes de recherche en physique des particules
élémentaires
Mon domaine de recherche est l’étude expérimentale
de la physique des particules élémentaires. Je me consacre
principalement au traitement et à l’interprétation des données dans le
cadre de collaborations internationales : de 1980 à 1992 collaborations
WA59 et E632 pour l’étude des interactions de neutrinos en chambre à
bulles aux accélérateurs du CERN et du Laboratoire Fermi à
Chicago ; depuis 1987 collaboration H1 au collisionneur
électrons-protons HERA à Hambourg ; depuis 2005, collaboration CMS au
collisionneur protons-protons LHC au CERN..
Diffraction et QCD
Mes recherches ont principalement porté jusqu'ici
sur l’étude
des interactions diffractives et de la chromodynamique quantique. La
diffraction gouverne le comportement
à énergie asymptotiquement élevée des interactions fortes entre
hadrons ; elle constitue une sorte de généralisation de la
diffusion élastique, et est intimement liée à des propriétés
fondamentales de la mécanique quantique (unitarité). Son interprétation
en termes d’échange de quarks et de gluons est un enjeu essentiel pour
la théorie des interactions fortes (chromodynamique quantique, QCD). La
composante diffractive apparaît dans les interactions
neutrinos-nucléons (interactions faibles) et électrons-nucléons
(interactions électromagnétiques) en raison de fluctuations quantiques
de nature hadronique des bosons intermédiaires (bosons W et Z, photon).
Dans le cas des interactions de neutrinos de type courant chargé, aux petites valeurs de l’échange de quadri-impulsion Q2, j’ai observé pour la première fois la production d’états finals hadroniques formés d’un seul pion, dus à l’interaction diffractive cohérente, sur l’ensemble des nucléons d’un noyau atomique, de la composante axiale du courant faible (correspondant à une asymétrie gauche-droite des particules élémentaires). Ce processus a notamment permis de tester à haute énergie l’hypothèse de conservation partielle du courant axial (PCAC).
Au collisionneur HERA, une composante diffractive a
été mise en évidence dans le domaine profondément inélastique (grand Q2).
Ici, une étude détaillée de la diffraction est réalisée dans un très
grand domaine cinématique, et à travers l’analyse de nombreux canaux
différents (interactions diffractives inclusives et mesure de la
fonction de structure diffractive, propriétés inclusives de l’état
final hadronique, production diffractive de jets de grande impulsion
transverse et de particules charmées, production exclusive de mésons
vecteurs). J’ai participé très activement à l’ensemble de ces études,
en me consacrant
particulièrement à la production diffractive de mésons vecteurs et à
son interprétation dans le cadre de la théorie QCD.
Autres thèmes de recherche
Dans le cadre des expériences d’interactions de neutrinos, j’ai également contribué à la mesure des fonctions de structure du nucléon et de leur modification dans le noyau (effet "EMC"), à la première observation du phénomène de "shadowing" (écrantage), à la mesure de la production particules charmées (production semi-inclusive avec deux leptons et production de mésons charmés étranges Ds), ainsi qu’à l’étude de divers aspects de la gerbe hadronique.
Les recherches de la collaboration H1 à HERA portent sur de très nombreux aspects de la physique des particules élémentaires (théorie QCD, domaine électrofaible, recherches d’effets non prévus par le « Modèle Standard »). Je me suis consacré directement, en plus de l’étude de la diffraction, à la mesure de la fonction de structure du proton à très haute énergie (domaine profondément inélastique à "bas x"), et j’ai contribué occasionnellement à diverses analyses, notamment celle de la production de bosons W réels.
Instrumentation
Je me suis consacré de 1987 à 1990 à la conception
et à la construction à Bruxelles de deux grandes chambres multifils
cylindriques (2 m de long, 1 m de diamètre) pour le détecteur H1, puis
à leur installation et au suivi de leur fonctionnement.
Je suis à l’initiative de la construction par la
collaboration H1 d’un nouveau spectromètre à protons, le « Very
Forward Proton Spectrometer », qui est entré en fonction en
octobre 2003 et permettra une étude beaucoup plus précise (efficacité,
bruits de fond) de la diffraction à HERA (conception du projet,
objectifs de physique, collaboration et financement).