L'expérience COMPASS au CERN

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L'expérience COMPASS au CERN. F.Kunne – CEA Saclay. Spin du nucléon, contribution des quarks et des gluons COMPASS au CERN; faisceau muons +cible polarisée Mesure de D G Fonctions structure en spin, Transversité Autres résultats: prod. r 0 , recherche pentaquark f , ... - PowerPoint PPT Presentation

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  • L'exprience COMPASS au CERNF.Kunne CEA SaclayGDR Physique subatomique et calculs sur rseau Autrans. 6-7 juin 2005 Spin du nuclon, contribution des quarks et des gluons COMPASS au CERN; faisceau muons +cible polarise Mesure de DG Fonctions structure en spin, Transversit Autres rsultats: prod. r0, recherche pentaquark f, ... (>2007 faisceau hadrons) 2010-2015 : GPDs

  • = + G + Spin du nuclonquarksgluonsmoment orbital = Du + Dd + DsEMC, SMC, SLAC, HERMESCOMPASS, RHICComment mesurer DS? Deep Inelastic polarisPhoton absorb par quark dhlicit oppose(QPM)fonction de structure en spin longitudinalq(x)= q+(x) - q-(x)

  • DS et le premier moment de g1Neutron decay gA/gV a3hyperon decay 3F-D a8a0 u+d+sEMC, SMC, SLAC, HERMES

  • = + G + Quarks constituants ~ 1. 0. 0. +corr. relativistes ~ 0.75 0. 0.13 QPM + Ds = 0 (Ellis-Jaffe) ~ 0.60 0. 0.2 Contribution des quarks majoritaire En Deep Inelastic polaris, mesure de g1 (fct de structure en spin) Premier moment de g1 reli a0 (DS) Les expriences trouvent a0 ~ 0.2 - 0.3 trs diffrent de ce quon attendDS G Lz

  • Expriences de Deep Inelastic SLAC, EMC, SMC, HERMES a0 ~ 0.2- 0.3

    QPM: a0 = QCD: a0 = (as/2p)nf G

    et Ds dpendent de GInterprtationSi a0 = 0.3, il faut DG ~ 2.5 (et Lz ~ - 2.3) pour retrouver DS ~ 0.6 Ncessit d'une mesure directee de DG

  • polaris g1p (Q2)non polaris - F2p (Q2)Besoin de donnes plus prcises de g1(x,Q2) et meilleure couverture en x et Q2 DG & quations volution de g1

  • Collaboration COMPASS au CERNCommon Muon and Proton Apparatus for Structure and SpectroscopySaclay : 11 physiciens +2 postdocs+ 2 doctorants Bielefeld, Bochum, Bonn (ISKP, PI), Burdwan and Calcutta, CERN, Dubna, Erlangen, Freiburg, Heidelberg, Helsinki, Lisbon, Mainz, Moscow (INR, LPI, MSU), Munich (LMU, TU), Nagoya, Prague, Protvino, CEA Saclay, Tel Aviv, Torino (Univ., INFN), Trieste (Univ.,INFN), Warsaw (SINS, TU) 220 physiciens, 26 instituts

  • DIS inclusif Asymtrie spin longitudinalFonction structure en spin g1 deutonMesure la plus prcise 0.004 < x < 0.03Nouveau fit NLO QCD, prcision sur a0 amliore facteur 2 (Q2 = 4 GeV2) Nouvelles donnes COMPASS: PLB 612 (2005) 154 DS = 0.24 0.02 (0.20 0.04 sans donnes COMPASS)

  • Dtermination de G/G

    Fusion photon gluoncharme c D0 K psignal non ambig de charme statistique limite: s 100nb, BR 4%, identification kaon

    hadrons grand pT q q h+h-bonne statistique interprtation plus complique

  • -G/G - paires de hadrons grand pTQ2 > 1 GeV/c2rsultat 2002-2003:PGF ~ 33 % DG/G = 0.06 0.31 (stat) 0.06 (syst) ~ 0.13

  • Q2 < 1 GeV/c2, bruit de fond additionnel Q2 < 1 10 fois plus de donnes, mais incertitude supplmentaire: structure en spin du photon rsoluMC simul PYTHIAPGF+ ++ ++ partie perturbative : calculablepartie non-perturbative: scenarios VMD min/max DG/G = 0.024 0.089 (stat) 0.057 (syst)

  • G/G - Rsultat COMPASSDonnes COMPASS 2002-2003Courbes: analyses QCD xG DGAAC00 1.2BB02 (Bluemlein,B) 1.1GRSV00 (Gluck, Reya) 1.0LSS01 (Leader,) 0.6

  • Mesures semi-inclusives u, Dd, DsTrs prometteur, en particulier pour s !

    Donnes petit x essentielles, accessibles seulement COMPASS.mpp, K,...X

  • Transversit h1q(x,Q2)3 fonctions de structure pour dcrire le spin du nuclon au LO. toutes dgale importance ! cible polarise transversalement mesure semi-inclusiveF2(x)g1(x)h1(x)Tq(x) pas mesurable dans DIS inclusif: renversement dhelicit

  • 3 mthodes explores COMPASS: 1) Mesure polarisation transverse 2) Dpendance azimutale du plan contenant leading et next to leading hadrons 3) Asymtrie de Collins leading hadron h S (S) = azimut du spin du quark fragmentant avant (aprs) diffusionh = azimut hadronhTransversit h1q(x,Q2)FC = h + S ACollins = A0 A1 sin(C)

  • Intrinsic kT dependence of the quark distributionSivers spin-dependent part for hadronisation of a transversely polarised quark q into a hadron hCollins Distributions transverses

  • Transversit rsultatsdeuton COMPASS 2002PRL 94 (2005) 202002proton HERMESProjections proton COMPASS 2006A SiversA CollinsxzxCOMPASS : nergie +lve, x + petit Compatible avec 0 Compensation p-n ?HERMES A Collins negative A Sivers positiveh+h+PRL 94 (2005) 012002

  • Motivation: candidats pentaquarks (ou --) vus par exp.NA49COMPASS : bonne statistique de baryon (18000 , 11000 +) donnes 2002/3Recherche rsonance

    (1860) p

    q(1530)+uuddsRecherche pentaquark (1860)

  • Recherche pentaquark (1860)Comparaison comptagesPaires signe oppos: (1530)0 + , 1700 and 920 evtsPaires mme signe: nb.evts
  • Pour toutes les expriences ~mme rapport 0 / En supposant le rapport / fixe aussi, on attend 400 evts.

    Pas de pentaquark (1860) au niveau annonc par NA49 Recherche pentaquark (1860)

  • Distributions partons gnralises muons +cible H2 liq, ractions exclusives : - DVCS Deep Virtual Compton Scattering - HEMP Hard Exclusive Meson Production mesures simultanmentEx: DVCS section efficace 190 GeV

    et 100 GeV

    Mesure de lasymtrie beam charge, sensible interfrence VCS-BH>2010

  • E=190, 100GeV+ H1 / ZEUSdpendance Q2 factorisation

  • 1/Q6hardsoftvector mesons pseudo-scalar mesons,,, ,,...Hard exclusive meson production1/Q4Production de r exclusifs COMPASSg* p r p Muons polariss et charges opposes Grand domaine en Q2 Domaine xBJ ~ 0.1Atouts de COMPASS pour GPDs:

  • Rsultats de physique - muons DG/G hadrons grands pT (+charme D0 venir) DIS inclusif A1d DIS semi-inclusif : Ds analyse en cours Asymtries Collins et Sivert h+ et h- Production excl. de r0, Msons f, J/y, hyprons L & L Cible polarise longitudinalementCible polarise transversalementAutres produits

  • Futur2006 : - DG /G canal D0 - spin transverse, cible p> 2007 : faisceau hadrons> 2010 : COMPASS bien plac pour mesurer GPDs

  • Programme hadrons: faisceaux p, K 100-300GeV Polarisabilits pion et kaonSpectroscopie msons lgersRecherche excitations gluoniques (glueballs), et exotiques (hybrids)Prod. diffractive cible H2 40cm Echange gProd. centralediff pomeron-pomeron Recherche tats f0(1370-1500-1710) et f2 (1900) vus par WA102

  • Spectroscopie baryons charms excits

    Recherche baryons doublement charmscc-system vu par SELEX tats troits excits D et Ds

  • G/G - charmec D0 Kp c D* D0 ps Kpps Dtection : m m, K pp Masse invariante K pcc

  • Analyses globales QCD NLO de g1(x,Q2) :Duv(x) et Ddv(x) bien contraintsmais pas DG(x) ! forme et intgrale indtermines.J.Blumlein & H.Bottcher Q02 = 4 GeV2Dtermination indirecte de DG

  • Ex: DVCS Asymtrie Beam Charge''Beam Charge'' AsymModel 2 (Goeke et al.) partons grand x au cur du nuclon; partons petits x la priphrie.Model 1: H(x,,t) ~ q(x) F(t)stat. pour 150 jours(2/18 de lensemble des donnes)

    jjx=0.05x=0.10Sensible au terme interfrence VCS-BH