Contenu étrange du nucléon : mesure de l'asymétrie de violation de parité dans l'expérience PVA4 à MAMI : étude et développement d'un polarimètre optique

par Blaise Collin

Thèse de doctorat en Physique nucléaire

Sous la direction de Robert Frascaria.

Soutenue en 2002

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    Le nucléon est constitué de trois quarks de valence (up et down) baignés dans une mer de paires quark-antiquark de toutes saveurs (mais essentiellement up, down et strange) et de gluons. L'expérience PV A4 (MAMI-Mainz) étudie la contribution des paires étranges aux distributions de charge électrique et de moment magnétique du nucléon. Pour mettre cette contribution en évidence, il est nécessaire d'extraire l'information issue du couplage faible qui intervient dans la diffusion élastique électrofaible d'électrons polarisés sur protons (couplage d'un électron à un proton avec échange d'un γ et d'un Zo). De la violation de parité dans l'échange du Zo résulte une asymétrie dans les taux de comptage d'électrons diffusés dans des états d'hélicité droite ou gauche. La comparaison de cette asymétrie de violation de parité aux prédictions du Modèle Standard renseigne alors directement sur le contenu étrange du proton. Le succès d'une telle entreprise réside essentiellement dans la maîtrise des paramètres du faisceau d'électrons et dans la détermination des fonds polluants (processus autres que la diffusion élastique). Une modélisation Monte Carlo a été développée, devant permettre de corriger l'asymétrie expérimentale de ces processus d'électroproduction de pions. Un des paramètres fondamentaux d'une expérience de violation de parité est la polarisation du faisceau d'électrons. Afin de la mesurer en ligne, rapidement et précisément, un polarimètre optique a été développé à l'IPN d'Orsay et testé sur une source d'accélérateur à Mainz. Il est basé sur l'interaction d'un faisceau d'électrons à basse énergie avec un jet effusif d'argon. L'excitation de l'argon s'accompagne d'un transfert de spin de l'électron incident du faisceau vers l'atome. La désexcitation de l'argon produit une fluorescence polarisée dont les paramètres de Stokes sont reliés à la polarisation du faisceau. L'analyse de l'état de polarisation de cette fluorescence équivaut à une mesure de la polarisation du faisceau d'électrons.


  • Résumé

    It is commonly said that nucleons are bound states of three valence quarks (up and down quarks). However, nucleons also contain gluons and sea quarks that play a role in its main properties (mass, charge, spin). The PV A4 experiment aims at determining the contribution of strange quarks from the sea to the charge and current densities of the proton through the parity violating electroweak elastic scattering of polarized electrons off protons. This results in an asymmetry in count rates for right- and left-handed scattered electrons. Comparison of the measured asymmetry with prescriptions from the Standard Model gives access to the strange content of the proton. Such a parity violation experiment is subject to the accurate control of electron beam parameters and background processes other than the elastic scattering. A Monte Carlo simulation has been developed in order to determine the background generated by pion electroproduction processes and therefore to correct the measured asymmetry. Another major aspect of the experiment is the measurement of the beam polarization. To reach a fast, online and accurate measurement, an optical polarimeter has been designed in IPN Orsay and tested in Mainz. It is based on the observation of the light emitted by argon atoms following their excitation by electron impact. The collision induces a spin transfer from the polarized electron to the argon atom, which decays by emitting a circularly polarized fluorescence. The degree of circularly polarization is directly related to the electron polarization. The analysis of the fluorescence's Stokes parameters is a direct measurement of the electron beam polarization.

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Informations

  • Détails : V-174 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.165-168.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Centrale de Recherche.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2002/COL
  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)198
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