Measurement of the generalized polarizabilities of the proton by virtual Compton scattering at MAMI and Q² = 0.2 GeV²

by Loup Correa

Doctoral thesis in Physique Corpusculaire

Under the supervision of Hélène Fonvieille and Achim Denig.

defended on 20-09-2016

in Clermont-Ferrand 2 , under the authority of École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand) , in a partnership with Laboratoire de Physique Corpusculaire (Aubière, Puy-de-Dôme) (laboratoire) and (LPC-Clermont) Laboratoire de Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand (laboratoire) .

Thesis committee President: Marc Vanderhaeghen.

Thesis committee members: Hélène Fonvieille, Achim Denig, Jochen Walz.

Examiners: Simon Širca, Rory Miskimen.


  • Abstract

    This work presents the measurement of the generalized electric αE(Q2) and magnetic βM(Q2) polarisabilities (GPs) of the proton. The GPs are defined in the Virtual Compton Scattering (VCS) context, i.e. the reaction γ*p → γp where Q2 is the four-momentum transfer of the virtual photon. The GPs are a generalization of polarizabilities measured in real Compton scattering (RCS) by taking into account the Q2-dependency. They are dynamical properties of the proton when it is deformed by an applied electromagnetic fiels. αE(Q2) (or βM(Q2)) gives access to the local polarization (or magnetization) density of the deformed proton. The studied VCS process is accessible by the photon-electroproduction reaction (ep → epγ). The GP effect is a 1 – 15 % contribution to the ep → epγ cross section, requiring a high-precision mleasurement. The present work is a part of an experiment conducted by the A1 collaboration at MAMI at three new Q2 values : 0.1,0.2 and 0.45 GeV 2. This thesis details the extraction at 0.2 GeV 2. The experiment uses the 1 GeV electron beam, the 5 cm liquid hydrogen target and spectrometers A (B) to detect the final electron (proton). The first-level analysis includes a detailed calibration of experimental data, and the use of a simulation of the experiment. The measurement of the unpolarized ep → epγ cross section is described with two of its important features : the correction of the radiative effects and the renormalization. Two differents frameworks are used to extract the GPs : the Low Energy Theorem (LET) and the dispersion relation model (DR). The two extractions lead to results in good argument. The world data still raises question about the Q2-behavior of the Gps.

  • Alternative Title

    Mesure des polarisabilités généralisées du proton par la diffusion Compton virtuelle à MIAMI à Q²=0.2 GeV²


  • Abstract

    Ce travail présente la mesure des polarisabilités généralisées (GPs) électrique αE(Q2) et magnétique βM(Q2) du proton à Q2 =0.2 GeV 2. Les GPs sont définies dans le contexte de la diffusion Compton virtuelle (VCS), γ*p → γp, où Q2 est le quadri-moment de transfert du photon virtuel. Les GPs sont la généralisation des polarisabilités mesurées en diffusion Compton réel (RCS) en considérant leur dépendance en Q2. Ce sont des propriétés dynamiques du proton définissant sa déformation lorsqu'un champ électromagnétique lui est appliqué. αE(Q2) (ou βM(Q2)) donne accès à la densité de polarisation (magnétisation) locale du proton déformé. L'effet des GPs ne contribuant qu'à 1 – 15 % de la section efficace ep → epγ une mesure de haute précision est requise. Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une expérience conduite par la collaboration A1 de MAMI à trois valeurs inédites de Q2 : 0.1,0.2 et 0.45 GeV 2. L'analyse de premier niveau comporte une calibration détaillée des données expérimentales et l'utilisation d'une simulation de l'expérience. L'extraction des GPs requiert la mesure et la renormalisation des sections efficaces ep → epγ et la correction des effets radiatifs. Les résultats obtenus par le fit « LEX » et « DR » sont en très bon accord.


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