XXIV ème Journées Thématiques8 Octobre 2007, IPN Orsay Mesure des Distributions Généralisées...

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

?


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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)


Parallèle)


Perpendiculaire) )cos()sin()(

4 22 StF

M

tHm

Eric Voutier


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


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


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


Perpendiculaire)

Section Efficace

Eric Voutier


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


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


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


Méthodes & Techniques (III)

27 GeV e±

Eric Voutier

Méthodes & Techniques (IV)


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


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)


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)


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)


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)


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


Développements Futurs

Eric Voutier

Forward Time-of-Flight

Detectors

CLAS12

CEBAF High Intensity Positron Source

Eric Voutier



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


Spectroscopie par Annihilation de Positrons


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

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