Instrumentation du faisceau d'électrons de PRAE pour l'expérience ProRad

par Lucien Causse

Projet de thèse en Physique des accélérateurs

Sous la direction de Eric Voutier.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Particules, Hadrons, Énergie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation (Orsay, Essonne) , en partenariat avec Institut de physique nucléaire d'orsay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Le casse-tête associé au rayon du proton trouve son origine dans la différence significative entre les mesures du rayon de charge du proton à partir de méthodes atomiques ou subatomiques. Malgré un grand nombre de possibles explications allant de problèmes expérimentaux à une manifestation de la physique au-delà du Modèle Standard, les données expérimentales existantes ne permettent pas de dégager un consensus. C'est dans ce contexte que s'inscrit le projet ProRad (Rayon du Proton) qui vise à étudier ce problème en mesurant la diffusion élastique d'électrons de 30-70 MeV sur un proton, dans le domaine angulaire 6°-15°. A l'aide du faisceau d'électrons de grandes performances de l'installation PRAE (Plateforme pour la Recherche et ses Applications avec des Electrons), des mesures d'une précision inférieure au 1% du facteur de forme électrique du proton à très faibles transferts d'énergie seront réalisées. En contraignant la détermination du rayon du proton, elles apporteront une contribution majeure pour la compréhension des différences observées entre les mesures atomiques et subatomiques. Pour ce faire, de nombreux défis instrumentaux sont à relever dont en particulier un système magnétique permettant de mesurer l'énergie du faisceau avec une précision de quelques 10-4. Ce projet instrumental, à l'interface entre accélérateurs et détecteurs comprend la conception, l'optimisation, et la construction du système de mesure de l'énergie. Il implique la technologie des diagnostiques de faisceau et les méthodes de mesures magnétiques. Il comporte en outre des études extensives des différents outils de caractérisation et de contrôle du faisceau nécessaires à l'expérience ProRad et pourra être étendu à une étude exhaustive des effets QED radiatifs dans la diffusion Møller et la diffusion élastique.

  • Titre traduit

    Instrumentation of the PRAE electron beam line for the ProRad experiment


  • Résumé

    The proton radius puzzle originates from the significant difference between the proton charge radius measured with atomic and subatomic physics techniques. Despite a large number of possible explanations ranging from experimental issues up to physics beyond the Standard Model, the existing data set does not allow for a consensus. Within this context, the ProRad (Proton Radius) project aims to investigate this problem by measuring the elastic scattering of 30-70 MeV electrons off protons, in the 6°-15° angular range. The high-performance electron beam of the PRAE (Platform for Research and Applications with Electrons) facility will allow to obtain very precise measurements of the proton electric form factor at very low energy transfer, providing major insight in the understanding of the differences between the atomic and subatomic results. This goal necessitates the development of challenging instrumentation, in particular, a magnetic system allowing a measurement of the beam energy with a few 10-4 precision. This instrumentation project at the accelerator and detector interface concerns the design, optimization, and construction of the beam energy measurement device. It involves beam diagnostics technologies and magnetic metrology methods. Furthermore, it also comprises extensive studies of the beam characterization and control tools required for the ProRad experiment, and can be extended to an exhaustive study of QED radiative effects in Møller and elastic scatterings.