Multiplicities of hadrons in deep-inelastic scattering of muons on nucleons at COMPASS

par Nicolas Pierre

Thèse de doctorat en Physique hadronique

Sous la direction de Fabienne Kunne et de Eva-Maria Kabuss.

Soutenue le 03-07-2019

à Paris Saclay en cotutelle avec Johannes Gutenberg-Universität Mainz , dans le cadre de École doctorale Particules, Hadrons, Énergie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers (Gif-sur-Yvette, Essonne) (laboratoire) , Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) et de Institut für Kernphysik (Mainz, Allemagne) (laboratoire) .

Le président du jury était Franck Sabatié.

Le jury était composé de Fabienne Kunne, Eva-Maria Kabuss, Franck Sabatié, Friedrich Klein, Andrea Bressan, Hubert Spiesberger.

Les rapporteurs étaient Friedrich Klein, Andrea Bressan.

mots clés

• Fragmentation
• Quark
• Étrangeté
• Nucléon
• Multiplicités
• Hadrons -- Multiplicité
• Nucléons
• Quarks
• Particules étranges

Titre traduit

Multiplicités de hadrons en diffusion inélastique profonde de muons sur nucléons à COMPASS

Résumé

Un des buts de la collaboration COMPASS est l'étude de la structure de spin du nucléon. La question de la polarisation des quarks de la mer est un sujet capital en physique hadronique, en particulier pour la polarisation du quark étrange. En vue de mieux contraindre la polarisation des quarks, une connaissance précise des fonctions de fragmentation (FFs), qui expriment l'hadronisation d'un quark q en un hadron h dans l'état final, est nécessaire. Les FFs peuvent être extraites depuis les multiplicités de hadrons produites en diffusion inélastique profonde semi-inclusive (SIDIS). Les données ont été prises à COMPASS avec un faisceau de muons de 160 GeV/c diffusant sur une cible de protons pure (1H₂). La présente thèse présente les mesures des multiplicités de hadrons chargés (pions, kaons et protons) faites à partir des données SIDIS collectées en 2016. Elle détaille aussi les améliorations apportées au générateur d'événement DJANGOH dans le but d'améliorer la description des corrections radiative inclusive et semi-inclusive qui sont ensuite utilisées comme facteurs de corrections aux multiplicités. Les données couvrent un large spectre cinématique : Q² > 1 (GeV/c)², y ε [0.1,0.7], x ε [0.004,0.4], W ε [5,17] GeV et z ε [0.2,0.85]. Ces multiplicités, qui représentent un total d'environ 1800 points de données, apportent une contribution importante aux fit QCD globaux des données mondiales à NLO, visant à la détermination des FFs. Les FFs de quarks en kaons sont particulièrement attendues car elles pourront mieux contraindre la polarization du quark étrange.

mots clés

• Quark
• Nucleon
• Strangeness
• Fragmentation
• Multiplicities

Résumé

One of the goals of the COMPASS collaboration is the study of the nucleon spin structure. The question of the polarization of the sea quark is a burning issue in the hadronic physics, especially for the strange quark polarization. In order to better constrain the quark polarization, a precise knowledge of the quark Fragmentation Functions (FFs) into hadrons, which are the final state hadronisation of quark q into hadron h, is mandatory. The FFs can be extracted from hadron multiplicities produced in Semi-Inclusive Deep Inelastic Scattering (SIDIS). Data were taken at COMPASS from a 160 GeV/c muon beam scattering off a pure proton target (1H₂). This thesis presents the measurement of charged hadrons (pions, kaons and protons) multiplicities from SIDIS data collected in 2016. It also details the improvements brought to the DJANGOH event generator to better describe the inclusive and semi-inclusive radiative corrections in DIS that are then used as correction factors to the multiplicities. The data cover a large kinematical range : Q² > 1 (GeV/c)², y ε [0.1,0.7], x ε [0.004,0.4], W ε [5,17] GeV et z ε [0.2,0.85]. These multiplicities, which represent about 1800 data points in total, provide an important input for global QCD fit of world data at NLO, aiming at the FFs determination. The quark FFs into kaons are particularly awaited as they can better constrain the strange quark polarization.