Étude de la structure du nucléon par des calculs de QCD sur réseau avec des fermions de masse twistée

Nucleon structure by Lattice QCD computations with twisted mass fermions

• Auteur / Autrice : Pierre-Antoine Harraud
• Direction : Jaume Carbonell, Mauro Papinutto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique subatomique et cosmologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléons

Quarks

Facteur de forme (physique nucléaire)

Cosmologie

Fermions

Chromodynamique quantique

Physique nucléaire

Mots clés libres

Fonctions de distribution de partons 1#

Chromodynamique quantique sur réseau 2#

Rayon de charge

Résumé

La compréhension de la structure interne du nucléon à partir de la ChromoDynamique Quantique est un enjeu majeur de la physique hadronique. Seule la QCD sur réseau permet d'évaluer numériquement les observables à partir des principes ab-initio. Le sujet de cette thèse est l'étude des facteurs de forme du nucléon et le premier moment des fonctions de distributions de partons en utilisant une action discrétisée avec des fermions de masse twistée. Cette dernière a l'avantage de supprimer les effets de discrétisation au premier ordre en la maille du réseau. D'autre part, l'ensemble des simulations permet un contrôle accru des erreurs systématiques. Après avoir détaillé les techniques de calcul utilisées, je présenterai les résultats obtenus pour un large éventail de paramètres, mailles de réseau variant entre 0. 056 fm et 0. 089 fm, volumes compris entre 2. 1 et 2. 7 fm et masses de pions dans le domaine 260-470 MeV. La constante de renormalisation vectorielle a ainsi été obtenue dans le secteur du nucléon avec une grande précision. Pour le rayon de charge électrique, les effets de volume fini mis en évidence fournissent une clef pour expliquer sa dépendance chirale vers le point physique. Les résultats pour le moment magnétique et axial, les fractions d'impulsion et d'hélicité portées par les quarks, ne présentent pas d'effets de discrétisation ni de volume fini significatifs. Aux masses de pions considérées, leurs valeurs montrent une déviation par rapport aux valeurs expérimentales, leur comportement chiral n'exhibant pas la courbure prédite par les perturbations chirales qui permettrait de résoudre ce désaccord apparent.

Understanding the structure of the nucleon from Quantum ChromoDynamics is one of the greatest challenges of hadronic physics. Only lattice QCD allows to determine numerically the values of the observables from ab-initio principles. This thesis aims to study the nucleon form factors and the first moments of partons distribution fnctions by using a discretized action with twisted mass fermions. As a main advantage, the discretization effects are suppressed at first order in the lattice spacing. In addition, the set of simulations allows a good control of the systematical errors. After reviewing the computation technics, the results obtained for a wide range of parameters are presented, with lattice spacings varying from 0. 0056 fm to 0. 089 fm, spatial volumes from 2. 1 up to 2. 7 fm and several pion masses in the range of 260-470 MeV. The vector renormalization constant was determined in the nucleon sector with improved precision. Concerning the electric charge radius, we found a finite volume effect that provides a key towards an explanation of the chiral dependence to the physical point. The results for the magnetic moment, the axila charge, the magnetic and axial charge radii, the momentum and spin fractions carried by the quarks show no dependence on the lattice spacing nor volume. In our range of pion masses, their values show a deviationfrom the experimental values. Their chiral behaviour do not exhibit the curvature predicted by the chiral perturbation theory which could explain the apparent discrepancy.