XXIV ème Journées Thématiques8 Octobre 2007, IPN Orsay Mesure des Distributions Généralisées...
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XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Mesure desMesure desDDistributions istributions GGénéralisées de énéralisées de
PPartonsartons
GPDs @ GPDs @ DESYDESY – – JLabJLab - - CERNCERN
(i) Pourquoi ?(ii) Comment ?(iii) DVCS(iv) DVMP(v) Méthodes & Techniques(vi) Développements Futurs(vii) Conclusions
Eric Voutier
Laboratoire de Physique Subatomique et de CosmologieGrenoble, France
GPDs
x x
t
?
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Eric Voutier
Pourquoi ? (I)
Structure du Nucléon
1
1)0,,()0,,(
2
1
2
1txEtxHxdxLJ qqqq
D. Müller et al., FP 42 (1994) 101 A.V. Radyushkin, PRD 56 (1997) 5524 X. Ji, PRL 78 (1997) 610
Les GPDs sont des distributions universelles de partons (quarks et gluons) paramétrant la structure du nucléon
M. Burkardt, PRD 62 (2000) 071503 M.Diehl, EPJC 25 (2002) 223
),,( txH q ),,(~
txH q
),,( txE q ),,(~
txE q
GPDs
x x
tImpulsion longitudinale initialex
Impulsion longitudinale transférée au parton2t Impulsion transférée au nucléon
Relié, par conjugaison de Fourier, à la position transverse dans un espace de paramètre d’impact
Distribution transverse de résolution 1/Q
des partons d’impulsion longitudinale
x
GPDs
x x
t
),( Ekk
),( Ekk
'kkq
?),( pEpp
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Eric Voutier
Comment ? (I)
Processus Exclusifs Durs
X. Ji, J. Osborne, PRD 58 (1998) 094018 J.C. Collins, A. Freund, PRD 59 (1999) 074009
Les éléments clef de l’étude expérimentale des GPDs sont la luminosité et la résolution
GPD(x,,t)Etiquetage de la sonde ()
Production d’une particule supplémentaire (,t)
Identification de l’état finalExclusivité
),0( Mp
22 'kkQ 2'ppt qp
QxB
2
2
FactorisationCouplage aux constituants élémentaires
(Q2>>M2) Séparation des échelles perturbatives
et non-perturbatives (-t<<Q2)Dureté
Les GPDs peuvent être observées par des réactions exclusives dans le régime de
Bjorken
t
GPDs
x x
DVCSDiffusion Compton
Profondément Virtuelle
Diffusion Compton à grand
angle(,)
DVCS(processus
élémentaire)
DVMP(filtre de saveur)
Diffusion Compton de genre temps
(,l+l-)
Annihilation pp
pp Collisions
GPDs
DVMPProduction de
Mésons Profondément
Virtuelle ),(
GPDs
xx
DA
L ),( Réponse Longitudinale
seulement
t
Gluon durQ2 >> M2 -t << Q2
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Comment ? (II)
Les GPDs apparaissent dans les sections efficaces des processus durs
sous la forme d’une intégrale sur l’ impulsion longitudinale du quark intermédiaire
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques
x
)0,,( xH
),,(),,(),,( 1
1
1
1txi
x
txdx
ix
txdx
GPD
GPDGPDP
8 Octobre 2007, IPN Orsay
t
GPDs
x x
Comment ? (III)
Facteur de forme Compton
B
B
x
x
2
Electroproduction de PhotonsEric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
P. Kroll, P.A.M. Guichon, M. Diehl, B. Pire, M. Vanderhaeghen…
Les processus DVCS & BH sont indiscernablesMAIS l’amplitude Bethe-Heitler est calculable et connue à
petit t
DVCS (I)
COMPASS
JLab
leptonic plane
Amplitude Bethe-Heitler
Amplitude d’interférence DVCS / Bethe-Heitler
Amplitude DVCS
Gluons
Twist-2
Twist-3
Structure Harmonique du DVCSA.V. Belitsky, D. Müller, A. Kirchner, NPB 629 (2002) 323
e-’
pe-
*
Eric Voutier
hadronic plane
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
DVCSBHDVCSBHeB dddtdxdQ
dTTTT e 2
222
5
Section Efficace
Les cDVCS,I sont des combinaisons linéaires de facteurs de forme Compton, i.e. d’intégrales de GPDs
DVCS (II)
)3cos()2cos()cos(
)()(
),,(
)2cos()cos(),,(
)2cos()cos()()(
),,(
3210
21
2
3
210
2
2
210
21
2
1
2
5
IIIIB
DVCSDVCSDVCS
B
BHBHBHB
eB
ccccPP
tQx
ccctQx
cccPP
tQx
ddφdtdxdQ
σd
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Eric Voutier
C. Muñoz-Camacho et al., PRL 97 (2006) 262002
DVCS (III)
L’importance du processus DVCS est observée à partir des déviations par rapport à un calcul Bethe-Heitler pur
Les facteur de forme Compton de l’amplitude d’interférence sont extraits
en négligeant l’amplitude DVCS
EHHF )(4
~)()()()( 22211 tF
M
ttFtFtFC I
EEHHFF )(4
)()()()()( 22212
1 tFM
ttFtFtFCC II
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Eric Voutier
DVCSBHeB
e
eB
e
dddtdxdQ
d
dddtdxdQ
dTT e
2
5
2
5
4
1
Asymétrie de Charge
Accès direct à l’amplitude d’interférence
A. Airapetian et al., PRD 75 (2007) 011103
GluonsTwist-2 Twist-3
ee
ee
C dd
dd
55
55
A
Mesure de l’asymétrie relative de charge dont l’interprétation en
termes de GPDs est rendue plus difficile par la structure harmonique
du dénominateur
DVCS (IV)
)3cos()2cos()cos()()(
),,(
2
13210
21
23
2
5
2
5
IIIIB
eB
e
eB
e
ccccPP
tQx
dddtdxdQ
d
dddtdxdQ
d
Terme en cos()
Fit global
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Eric Voutier
Séparation de type “Rosenbluth”
Projected Datac1, 0 sont des grandeurs cinématiques dépendant de l’énergie du faisceau
P.Y. Bertin, C. Hyde-Wright, C. Muñoz Camacho, J. Roche et al., JLab Proposal E07-007, 2007
GPDs
FFFF ,1exp, DVCS
cII CCC ee
FFFF ,0exp, DVCSII CCC ee
La variation de l’énergie du faisceau, pour un même * et un même t, permet de séparer l’amplitude DVCS de l’amplitude d’interférence
Extraction des termes bilinéaires de l’amplitude DVCS
DVCS (V)
Twist-2
Twist-3
effF
F
F
FFI
I
I
BDVCSB
BHeBeB
C
C
C
PP
tQxCtQx
ddφdtdxdQ
σd
ddφdtdxdQ
σd
e
e
e
)2cos(
)cos(
)()(
),,(,),,(
2
,0
10
21
232
22
5
2
5
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Eric Voutier
DVCSDVCSDVCSBHeBeB dddtdxdQ
d
dddtdxdQ
dTTTT mem
2
5
2
5
2
1Q
Asymmétrie de Spin du Faisceau
EHHF )(4
~)()()()( 22211 tF
M
ttFtFtFC I
)()2(81 FII CyKys m
GPD
Les sDVCS,I sont des combinaisons linéaires de GPDs à ±
DVCS (VI)
Twist-2
Twist-3
C. Muñoz-Camacho et al., PRL 97 (2006) 262002
)2sin()sin()()(
),,()sin(),,(
2
1
2121
23
12
2
2
5
2
5
IIBDVCSB
eBeB
ssPP
tQxstQx
dddtdxdQ
d
dddtdxdQ
d
Q
q
qqq tHtHe ),,(),,(2 Hm
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
DVCS (VII)
Asymmétrie de Spin de la Cible
Polarisation Longitudinale
A. Biselli, K. Joo, L. Elouadrhiri, S. Niccolai et al., JLab Proposal E05-114, 2005
55
55
dd
ddULA
Gluons
Twist-2
Twist-3
EEHH~
)(4
)(1
)()(1
2)()(
~)( 22121211
tFM
ttFtFtFtFtFtFC I
LP
Accès à un autre facteur de forme Compton,soit une autre combinaison linéaire de GPDs
)3sin()2sin()sin()()(
),,(
)2sin()sin(),,(2
1
,3,2,121
25
,2,12
42
5
2
5
ILP
ILP
ILP
B
DVCSLP
DVCSLPB
eBeB
sssPP
tQx
sstQxdddtdxdQ
d
dddtdxdQ
d
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
DVCS (VIII)
Asymmétrie de Spin de la Cible
Polarisation Transverse
F. Ellinghaus et al., EPJ C46 (2006) 729
Z. Ye, Doctorat Thesis, Hamburg (2006)
M. Diehl, S. Sapeta, EPJC 41 (2005) 515
)~
,,(~
4
4)(
2212
122
HEHE
EHF
OFFM
t
FFM
tC I
TP
)
~,
~,,(
~
4
~~
4)(
22212
122
EHEHEE
EHF
OFFFM
t
FFM
tC I
TP
)sin()cos()()cos()sin()(
)()(
),,(
2
1
21
26
2
5
2
5
SITPS
ITP
B
eBeB
CC
PP
tQx
dddtdxdQ
d
dddtdxdQ
d
FF
Le Neutron & les GPDsEric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
DVCS (IX)
Q )sin()(4 22
EmtFM
t
)sin(~
41)(
22
EEHM
ttF m
)sin()cos(~
)(4 22
StFM
tEEm
00~
10)(22
1 DVCSn tF TH
Asymmétrie de Spin du Faisceau
Asymmétrie de Spin de la Cible (Polarisation
Longitudinale)
Asymmétrie de Spin de la Cible (Polarisation
Parallèle)
Asymmétrie de Spin de la Cible (Polarisation
Perpendiculaire) )cos()sin()(
4 22 StF
M
tHm
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
DVCS (X)
La contribution des quarks au moment angulaire du proton dans le cadre d’une interprétation dépendante de modèle…
Complémentarité du Neutron
M. Mazouz et al., ArXiv:nucl-ex/0709.0450
Les mesures sur le neutron sont sensibles à
Jd
(quark u dans le neutron)
Les mesures sur le proton sont sensibles à
Ju
(quark u dans le proton)
1
)()(),( 2
min2exp2exp
2,exp
22min
iisystistat
i
JJ
VGGIni
In
dutt
tCtCJJ
duFF mm
u
d
Electroproduction de MésonsEric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
La production dure de mésons agit comme un filtre de GPDs et de saveur
selon la nature et le contenu partonique du méson
K. Goeke, M.V. Ployakov, M. Vanderhaeghen, PPNP 47 (2001) 401
DVMP (I)
… ω, η’, ai, fi, b1 …
Méson Scalaire
sduη
duπ
duπ
H2/3H1/3H2/361/H
HH-H
H1/3H2/321/H 0
~~~~
~~~
~~~
qq EH~~
Méson Vecteur
gsφ
duρ
gduρ
H1/81/3H-H
HH-H
H3/8H1/3H2/321/H 0
ggqq EHEH
GPDs
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
DVMP (II)
Observables Expérimentales
Seule la composante longitudinale de la section efficace est reliée aux GPDs
)sin(12)2cos()cos(12 '
dt
dh
dt
d
dt
d
dt
d
dt
d
dt
d LTTTLTLTMpp
Méson Vecteur
Méson Scalaire
Pas d’équivalent
BH
HEEH
e22
2222 2
4)1(
M
t
dt
d L HEEH~~
2~
4
~)1( 2
2
22
22 e
M
t
dt
d L
)sin(~~
1 02S
LL
M
tt
dt
d
dt
d
HEm )sin(1 02S
LL
M
tt
dt
d
dt
d
HEm
M. Diehl, PR 388 (2003) 41
Asymmétrie de Spin de la Cible (Polarisation
Perpendiculaire)
Section Efficace
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
DVMP (III)
Contribution au Moment Angulaire
La distribution angulaire des produits de désintégration est sensible à la polarisation du méson
2Ju+Jd 2Ju-Jd
L’asymétrie de spin transverse de la cible en production de mésons vecteurs est une observable primordiale
pour la chasse au moment orbital des quarks
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Méthodes & Techniques (I)
Exclusivité Expérimentale
Hall A @ JLab
= 9 MeV
0
p-DVCS et n-DVCS @ 5.75 GeV
Triple coincidence(e,e’p)
L’identification des processus tire avantage d’une très grande résolution sur l’électron
(HRS) et d’une très bonne résolution sur le photon
DVCS en Double Coïncidence (e,e’)+ DVMP 0
Contamination restante < 3 %
0
M(GeV)
= 7.5 MeV
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Méthodes & Techniques (II)
Hall B @ JLab
DVCS en Triple Coïncidence (e,e’p)+ DVMP 0, ,
L’électron est détecté dans CLAS et le photon dans un calorimètre
additionnel à petit angle
Très Bonne Résolution
+ détecteur spécifique pour les
particules de recul
Amélioration de l’ exclusivité DVCS et DVMP en Triple+
Coïncidence
HERMES @ DESYEric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Méthodes & Techniques (III)
27 GeV e±
Eric Voutier
Méthodes & Techniques (IV)
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Luminosité & Détection
La physique des GPDs requière des expériences de grande luminosité, en vue directe de la cible, à petits angles et distances, dans un
environnement hostile
4.1037 cm-2.s-1/nucleon (Hall A) 2.1034 cm-2.s-1/nucleon (Hall B)
Bruit de Fond
Blindage MagnétiqueChamp solénoïdal pour le confinement des électrons Møller
ee’
p
γ
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Méthodes & Techniques (V)
Echantillonnage du SignalUne coïncidence e gèle un Analog Ring Sampler et déclenche l’enregistrement
du signal sous forme de 128 échantillons d’une durée de 1 ns
Hors-ligne, une analyse de forme du signal permet résoudre l’empilement des signaux séparés d’au moins 5 ns
Trigger Rapide L’enregistrement d’un groupe de 4 blocks adjacents est
autorisé lorsque l’énergie déposée excède un certain seuil ajustable
μ
p’
μ’
Eric Voutier
Développements Futurs (I)
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
COMPASS @ CERN
Amélioration de la calorimétrie à grand angleExclusivité
Construction d’une cible de 2.5 m LH2 / LD2
Luminosité
200 GeV ±
Implantation d’un détecteur de reculExclusivité
CLAS12 @ JLabEric Voutier
Développements Futurs (II)
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Un nouveau et similaire détecteur pour JLab 12 GeV
Initiative européenne autour du détecteur central
Saclay, IPNO, LPSC, LPC, Glasgow, Gènes, Rome, Frascati
Détecteur de neutres
Mesure de temps de vol
Micromegas cylindrique en champ fort
R & D
…
Détecteur de vertex
Scintillateurs ToF
Calorimètre
RésuméEric Voutier
Conclusions (I)
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
DVCS & DVMPProton & Neutron
Polarisation du Faisceau & de la CibleCharge du Faisceau
Grand nombre d’observables pour séparer les GPDs en nature et en saveur
L’exploration des GPDs est en marche !
Les principes & méthodes expérimentales ont été validées
Les techniques sont en cours d’amélioration et d’adaptationaux enjeux des prochaines expériences
Eric Voutier
Perspectives
Conclusions (II)
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
xB
DDVCS e*-> e*-> el+l-Un détecteur de muons pour CLAS12 ?
Observables de polarisationPolarimétres de recul ?
DVCS sur les noyauxStructure en partons de la matiere nucleaire ?
Δ-DVCS, DVSP…
à suivre …
Forward Calorimeter
Forward Cerenkov(LTCC)
Beamline Instrumentation
Preshower Calorimeter
Forward Drift Chambers
Inner Cerenkov(HTCC)
SuperconductingTorus Magnet
Central Detector
* Reused detectors from CLAS Inner Calorimeter
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Développements Futurs
Eric Voutier
Forward Time-of-Flight
Detectors
CLAS12
CEBAF High Intensity Positron Source
Eric Voutier
Développements Futurs
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
P. Perez, A. Rosowsky, NIM A532 (2004) 523 M.A. Gagliardi, A.W. Hunt, NIM B245 (2006) 355
J. Dumas, Master Thesis, UJF Grenoble (2007)
Epaisseur Equivalente (mm)
N(e
+/1
07e
- )/W
Incidence 90°
Incidence 3°
Production e+ à partir d’un faisceau e- de quelques MeV
10 MeV / 10 mA e- 100 nA e+
Eric Voutier
XXIVème Journées Thématiques 8 Octobre 2007, IPN Orsay
Spectroscopie par Annihilation de Positrons
Développements Futurs
Le mouvement des électrons atomiques induit une
distorsion Dopler de l’énergie des émis par annihilation e+e- et une
déviation angulaire par rapport à la colinéarité des
Etude de la surface et de la pureté d’un matériau