Etude de la structure 3D du proton par la diffusion Compton virtuelle à COMPASS au CERN

par Antoine Vidon

Projet de thèse en Physique hadronique

Sous la direction de Nicole D'hose et de Andrea Ferrero.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec DSM-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    La description la plus complète du nucléon est réalisée par l'intermédiaire de nouvelles observables. Ce sont les distributions de partons généralisées (GPD) qui donnent les corrélations en position et en vitesse des constituants du nucléon, les quarks et les gluons. Ainsi on peut avoir une image à 3 dimensions du nucléon. Ces observables sont mesurées lors de la diffusion Compton virtuelle, c'est-à-dire la réaction où un photon virtuel (créé lors de la diffusion d'un lepton sur un proton) interagit avec un proton pour donner un état final constitué d'un proton et d'un photon réel. Deux programmes complémentaires ont été initiés par des physiciens français, l'un à JLab aux USA avec des électrons de 12 GeV, pour explorer la région des quarks de valence et l'autre à COMPASS au CERN avec des muons de 160 GeV pour explorer les quarks de la mer et les gluons. Le sujet de cette thèse concerne l'expérience COMPASS au CERN qui sera réalisée avec 2 fois 6 mois de prise de données en 2016 et 17. La réaction de diffusion Compton virtuelle (DVCS) à COMPASS au CERN est la réaction exclusive : muon proton -> muon proton photon. Lors de la diffusion du faisceau de muons de 160 GeV du SPS au CERN sur les protons d'une cible d'hydrogène, le processus exclusif DVCS correspond à l'interaction du photon virtuel échangé, avec les constituants du proton pour générer un seul photon réel émis à l'avant avec une grande énergie et un proton qui recule avec une faible énergie. Pour parfaire la sélection de cette réaction, un détecteur de proton de recul, CAMERA, a été conçu et mis en œuvre par l'équipe d'accueil. Ensuite il s'agit de sélectionner cette réaction par rapport à tous les réactions compétitives et de faire les comparaisons avec les simulations pour les différents modèles. Le travail proposé donnera une excellente formation en participant à tous les moments de la vie de physicien depuis le début de la prise de données, à l'avènement des résultats et à leur publication.

  • Titre traduit

    Study of the proton structure via deeply virtual Compton scattering at COMPASS at CERN


  • Résumé

    The generalized parton distributions GPD provide the most complete description of the partonic structure of the nucleon including form factors and parton distributions. They give a 3-dimension picture of the nucleon by determining the correlations between position and momentum of partons inside the nucleon. These functions can be accessed by deeply virtual Compton scattering which is studied for the first time at COMPASS at CERN. The proposed work is the participation to all the different steps of an experiment: detector technique, data taking, analysis of the data and interpretation of the results. Two complementary programs have been initiated by physicists from the Irfu/SPhN at Saclay, using 12 GeV electron beam at JLab in USA and 160 GeV muon beam at COMPASS at CERN exploring the quark valence domain and the sea quark and gluon domain respectively. The proposed work concerns the DVCS expe-riment at COMPASS at CERN. First tests have been performed in 2012 and the data taking will be done during 2 times 6 months in 2016 and 2017. In the DVCS reaction the high energy 160 GeV polarized muon beam scattering on a hydrogen target provides a virtual photon which interacts with the constituents of the proton to give a unique real photon emitted at high energy in the forward direction and a proton recoiling with a small energy at large angle. To select at best this exclusive channel among all numerous competing reactions, a recoil proton detector, CAMERA, has been designed and built by the Saclay team. The student will participate to all the different steps of an experiment: preparation of the detectors, learning of detection techniques and detector calibration, data taking and data analysis as well as interpretation and comparison to simulations based on MC method using different GPD models.