Measurements of muons from open heavy-flavour hadron decays and jet particles in p-Pb and Pb-Pb collisions with ALICE at the LHC

The main aim of ultrarelativistic heavy-ion collisions is the study of a state of strongly-interacting matter at high energy density and temperature, known as the quark-gluon plasma (QGP). Hard probes, for example heavy flavours and jets, play an important in the investigation of the properties of the QGP since they are created at the early stage of the collision and suffer the whole evolution of the system. The nuclear modification factor RAA and the second-order azimuthal anisotropy coefficient v2 are amongst the most important observables to address the properties of the QGP. The interest in hard probe measurements in small collision systems, like pp and p–Pb, have been for a long time limited to the possibility of providing tests of perturbative quantum chromodynamics, measurements of cold-matter effects in the nuclear medium, and the baseline for observations of hot-medium effects in heavy-ion collisions. However, such measurements have recently gained additional interest due to the possibility of observing final-state like effects typically attributed, in Pb–Pb collisions, to the presence of QGP. The origin of such effects is still debated. This thesis is dedicated to the study of heavy flavours via the semi-muonic decay channel at forward rapidity and jet particles at midrapidy in p–Pb and Pb–Pb collisions with the ALICE detector at the LHC. A significant suppression of the yields of muons from heavy-flavour hadron decays which reaches a factor of about three, is observed at forward rapidity (2.5 < y <4) in the 10% most central Pb–Pb collisions at √sNN = 2.76 and 5.02 TeV. This suppression is compatible with a large heavy-quark in-medium energy loss. The precise RAA measurements have the potential to constrain model calculations. The v2 coefficient of inclusive muons extracted with the two-particle correlation method and two-particle cumulants in high-multiplicity p–Pb collisions at √sNN = 8.16 TeV is found positive with a significance of 4.7σ (2.03 < ycms < 3.53) and 7.6σ (-4.46 < ycms < -2.96) in the region 2 < pT < 6 GeV/c dominated by the contribution of muons from heavy-flavour hadron decays. The results are compared with models implementing initial-state effects, and with a multi-phase transport model (AMPT). The results impose new constraints on the theoretical interpretations of the collective behaviour in small collision systems. The azimuthal anisotropy of particles associated with jets (jet particles) is measured at midrapidity (|y| < 0.8) in Pb–Pb and p–Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV, based on novel three-particle correlation technique. The v2 of jet particles measured for the first time at the LHC in high-multiplicity p–Pb collisions is found to be positive. Comparisons with the jet-particle v2 in Pb–Pb collisions and with the inclusive charged-particle v2 in both collision systems, as well as with AMPT calculations are also discussed. The results provide stringent constraints on the understanding of the origin of collectivity in small collision systems.Les collisions d’ions lourds ultra-relativistes ont pour objectif l’étude d’un état de matière en interaction forte dans des conditions extrèmes de température et de pression, le plasma de quarks et gluons (QGP). Les sondes dures, comme par exemple les saveurs lourdes et jets, ont un rôle important pour l’étude des propriétés du QGP car ells produites aux premiers instants de la collision et participent aux différentes étapes de la collision. Le facteur de modification nucléaire RAA et le second coefficient d’anisotropie azimutale v2 sont des observables fondamentales pour l’etude des propriétés du QGP. L’intérêt de l’étude des sondes dures dans les systèmes de petite taille, pp et p–Pb, a d’abord été limitée aux tests des calculs perturbatifs de chromodynamique quantique, à l’étude les effets nucléaires froids et à fournir la référence pour les mesures dans les collisions d’ions lourds. Les petits sytèmes font l’objet de nombreuses études depuis la mise en évidence d’effets habituellement attribués à la présence du QGP dans les collisions d’ions lourds, dont l’origine est intensément débattue. Cette thèse est dédiée à l’etude des saveurs lourdes ouvertes via le canal semi-muonique aux grandes rapidités et des particules chargées associées aux jets aux rapidités centrales dans les p–Pb et Pb–Pb avec le détecteur ALICE au LHC. Une importante suppression des taux de production des muons de décroissance des hadrons charmés et beaux d’environ un facteur trois, compatible avec des pertes d’énergie importantes dans le milieu, est observée dans les collisions centrales (0–10%) Pb–Pb à √sNN = 2.76 et 5.02 TeV. Les résultats de grande précision apportent des contraintes fortes aux paramètres des modèles. Un coefficient v2 non nul a été mesuré pour les muons avec les corrélations à deux particules et les cumulants d’ordre deux dans les collisions p–Pb de grandes mutiplicités à √sNN = 8.16 TeV. La significance est de 4.6σ (2.03 < ycms < 3.53) and 7.6σ (-4.46 < ycms < -2.96) dans la region 2 < pT < 6 GeV/c dominée par la contribution des muons de décroissances des hadrons charmés et beaux. Les résultats sont comparés avec des modèles traitant les effets dans l’état initial de la collision et apportent de nouvelles contraintes pour l’interprétation des effets “collectifs” dans les systèmes de petite taille. Le coefficient v2 a aussi mesuré à mi-rapidité pour les particules associées aux jets à partir d’une nouvelle technique utilisant les corrélations à trois particules. Ce coefficient mesuré pour la première fois au LHC dans les collisions p–Pb à √sNN = 5.02 TeV jusqu’à des faibles impulsions transverses (pT = 0.5 GeV/c) est positif. Il est comparé à une mesure similaire dans les collisions semi-centrales Pb–Pb √sNN = 5.02 TeV ainsi qu’à la mesure du v2 des particules chargées dans les deux systèmes. Des comparaisons avec le modèle de transport AMPT sont également discutées. Les résultats apportent des contraintes importantes pour la compréhension de l’origine des effets “collectifs” dans les petits systèmes