Plan de l’exposé

1/ Le JLab/CEBAF : des sondes EM/Faible

2/ Programmes en cours et en projet avec l’upgrade à 12 GeV

3/ Une sélection (biaisée) de résultats et de perspectives

3/ Questions/discussion …

Exposé GDR-Autrans, 7 Juin 2005

Serge Kox, LPSC Grenoble

Physique hadronique au JLab

Objectifs physique Compréhension de l’interaction forte/couleur et de sa théorie fondamentale QCD Confinement, masse des quarks

Construction des hadrons à partir des quarks et gluons Spectroscopie N*, états exotiques (pentaquarks, …) Structure du nucléon à différentes échelles

Transition entre force NN et quark-quark Structure des noyaux légers et degrés de liberté pertinents

Les sondes EM et faibles Sondes ponctuelles, interaction décrite exactement 3 sondes : , q, Z0 (charge faible, PV) Ajustement L/T, Q2, … avec la cinématique

Programme en cours depuis 30 ans … pourquoi continuer ??

Physique des Hadrons : Contexte

Période actuelle est très favorable! Progrès récents en théorie Progrès rapides de LQCD avec CPU et algorithmes. Modèles (QCD, symétrie Chirale) complémentent le secteur des quarks légers Nouveaux concepts pour la structure du Nucléon (GPD) Aspect plus prédictif et meilleur contenu physique

Nouvelle génération d’accélérateurs et détection/appareillages associés Grands cycles utiles (100%) Fortes luminosités (10-100 A) Systèmes de rétroaction et polarisation (PV) Données précises et plus complètes

Physique des Hadrons : Contexte (II)

MAMI-II

CEBAF 6 GeV et le projet 12 GeV

Ie = 200 APe = 70-85 %

p/p < 10-4 CW

Le Jlab en quelques chiffres Accélérateur fonctionne depuis 1995 et les 3 halls sont opérationnels depuis 1997 Environ 1150 scientifiques de 200 institutions dans 30 pays Importante contribution IN2P3 (Clermont, Grenoble, Orsay)-SPhN (Saclay) 150 expériences approuvées. 400 publications, 300 exposés, 160 thèses

JLab ELSAProton : Jlab Avril 2005 …

“Pentaquark Debate Heats Up”

Avec 10-100 fois plus de statistique, le signal n’est plus observé sur la cible de proton !!

+ d K-K+p(n)Programme au niveau mondial Jlab : photoproduction

Proton et deutérium

A venir Nouveaux résultats + sur le deuton (2005)

Recherche du

en 2004-2005

Recherche + sur noyau de Be en 2005 (analogue à SPRING 8)

La saga des Pentaquarks

Mésons hybrides

Degrés de liberté gluoniques Confinement du aux gluons (couleur) Prédiction de Lattice QCD

Formation de tubes de flux dans les interaction q-q

Excitation de ces tubes de flux (gluons) Nombres quantiques exotiques JPC = 0--, 0+-, 1-+, …

Motivation forte pour l’upgrade Masse des Mésons hybrides : 1-3 GeV 8-9 GeV photons par bremsstrahlung cohérent Photons polarisés linéairement Polarisation linéaire maximum pour

2/3*Ebeam

Electrons de 12 GeV (en 5 + 1/2 tours)

Nouvel Hall expérimental : D

Flux

tube

forms

between

qq

Facteurs de forme Diffusion élastique Distributions spatiale (TF de la distribution en q) Distribution charges et moments magnétiques Mesures sur N et A=2-4 Décomposition en saveur (u, d, s) avec sonde faible

Fonctions de structure DIS inclusive Distributions en x (impulsion) des partons Mesures pour u, d, s

Spin du nucléon (polar.)

Fonctions de structure Généralisées (GPDs) DIS (exclusive) Corrélations entre quarks Holographie ‘’3D’’ (b et x Lq)

(factorisation pQCD)

Structure des nucléons et sonde leptonique

lepton

q

(Voir exposé de Fabienne)

Panorama Actuellement précision au niveau de 15% pour Q 1 (GeV/c)2

Données + paramétrisations Effet des processus à 2 photons ??

Extension possible aux plus grands

Q2

12 GeV/polarimètres

(Facteurs de forme type temps : Saro)

Asymétries de polarisation (Hall A) Cible 3He polarisée (neutron)

et faisceau d’électrons polarisés Grands Q2 et x 1 (valence quarks) Règles de pQCD (scaling et hélicité)

Comparaison avec théorie Hélicité n’est pas conservée Besoin de considérer le moment orbital des quarks pour reproduire les données

Spins des quarks u et d Combinaison des résultats proton et neutron Spins des quarks u et d de valence sont anti-alignés Moment orbital

Mesures en DIS au JLab

Apport des expériences (Halls A and

C) Extension aux grands Q2

Séparation des 3 facteurs de forme Position du nœud de GC (test de la

NN force a courte portée) Accord avec données A= 3

Enseignements physiques Tests des MEC et modèles relativistes Description cohérente des noyaux légers Prédictions p-QCD non confirmées Approche Nucléon-méson encore valable

Q2 = 2 (GeV/c)2 r < 0.5 fm !!

Facteurs de forme EM du deuton

Facteurs de forme EM du deuton et A=3, 4

Deuton à grand Q2 :pQCD ou N-Meson??

Les difficultés B(Q) : mesure à 180° A=2 à qq (GeV/c)2

10-41 cm2/sr ! A=3 Q-32

Mesure d’une déviation à 0, et le rapport minimise plusieurs erreurs (normalisation)

APV : 1 ppm à 50 ppm (part per million) pour Q2 =0.1 - 1. (GeV/c)2

Contribution des quarks étranges aux FF du nucléon Quarks de la mer Facteurs de forme faibles pour décomposition en saveur APV = A0 (SM, s =0) + AS précision de quelques % sur la mesure !

Diffusion élastique et asymétrie de Violation de Parité

Mesure des facteurs de forme faibles

e

N

e

N

+ Z0Parité

APV ≡ + −− + +−

≈

Ζ

2

e e pp

Quelques enseignements

G

sE faible (mais = 0 pour Q2 =0)

Tendance positive pour GsM

Contredit la plupart des modèles

Contribution à hauteur de 5-10 % au

moment magnétique du N (facteur 1/3 !)

GEs =−0.013±0.028

GMs =0.626 ±0.310

(Valeurs à 1

Etrangeté dans le nucléon : Résultats pour S

Lattice QCD Vector Meson DominanceSkyrmeKaon LoopsQCD equalities, Quark FF …

SAMPLE seulSAMPLE + A4 + Happex

Résultats présentés au JLab le 17 Juin

Etrangeté dans le nucléon : II

2006-2007

Expériences PV : d’autres aspects de physique

Facteur de forme axial

Terme au 1er ordre (tree-level) : GZA

Facteur de forme anapolaire FA

Processus d’ordre supérieur, multi-quarks, au niveau du nucléon

Re corrections EW d’ordre supérieur

eA

ZA

eA RFGG +η+= + +

D2

H2

Zh

u, e

t al

.

Expériences PV : Mesures de Précision

Couplages e-q

PV : couplages A(e).V(N) et V(e).A(N) SAMPLE et programme futur à JLab

Combinaison C2i , avec i= u,d et bon accord avec PDG

Mesures en DIS (PR 05-007) à 6 GeV

Amélioration prévue : facteur 8 sur la précision

LPV

e−H =GF

2× C1i e

eqq+C2i eeqq⎡⎣

⎤⎦

i∑

Test du Modèle Standard Corrections radiatives Electroweak

sin2W varie avec Q

Mesures basses énergies très compétitives

E 158 (Moller), Cs (noyaux), Qweak (proton)

Objectifs Qweak (proton) au Jlab

sin2W < 0.0007 !

€

Qweakp =1− 4sin2 θW ~ 0.072

DIS parityJLab 12 GeV

Qweak

Expériences PV : Mesures de Précision (II)

(Figure : Thèse A. Vacheret-Saclay)