Diffusion Compton virtuelle sur le neutron avec CLAS12 au Jefferson Lab

par Katheryne Price

Projet de thèse en Physique hadronique

Sous la direction de Silvia Niccolai.

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

    L'étude de la structure interne du nucléon est un des principaux défis en physique hadronique à ce jour. Le groupe PHEN de l'IPN d'Orsay mène des expériences au Jefferson Lab (JLab, Virginie, Etas-Unis), centrées sur mesures de réactions exclusives en électroproduction, donnant accès aux Distributions de Partons Généralisées (GPDs). Le formalisme des GPDs donne une description universelle de la structure du nucléon en termes de ses constituants élémentaires, les quarks et les gluons : leur distributions spatiale et d'impulsion, leur contribution au spin du nucléon, etc. Notre équipe a été le promoteur d'un programme, très fructueux en termes de résultats et d'impact, de mesures de GPDs à JLab avec faisceau d'électrons de 6 GeV. Ce programme continue avec l''upgrade' à 12 GeV de JLab, qui augmente la couverture cinématique pour l'étude des GPDs. L'IPN Orsay a contribué à l'upgrade de JLab avec la construction d'un détecteur de neutrons ('Central Neutron Detector, CND') pour le spectromètre CLAS12 du Hall B. Le CND permettra de mesurer les GPDs du neutron et de pourvoir donc séparer les contributions aux GPDs des saveurs de quarks u et d. La réaction qui sera etudiée est la diffusion Compton profondement virtuelle (DVCS) sur le neutron: en->e'n'gamma. Le/la doctorant/te aura l'opportunité unique de participer à la prise des données pour l'expérience de DVCS sur le neutron (prévue pour janvier-mars 2019) avec CLAS12 et le CND. Il/elle passera en suite à l'analyse des données et à l'extraction de l'asymétrie du spin du faisceau pour le nDVCS. Cette observable est fondamentale pour la mesure des GPDs et pour en déduire la contribution du moment angulaire des quarks au spin du nucléon. Ce projet fourni une préparation complète dans les activités de recherche en physique hadronique, car il inclut le 'hardware' (travail sur détecteurs de particules), la prise des données, leur analyse, et études de phénoménologie/théorie pour interpréter les résultats obtenus. Plusieurs voyages à JLab seront requis, surtout pendant la phase de prise des données. Une bonne préparation en physique nucléaire ou physique des hautes énergies est souhaitable, ainsi qu'une bonne connaissance de la langue anglaise et des langages de programmation.

  • Titre traduit

    Deeply virtual Compton scattering on the neutron with CLAS12 at Jefferson Lab


  • Résumé

    The study of the inner structure of the nucleon is one of the main challenges in hadron physics nowadays. The PHEN group of IPN Orsay carries out experiments at Jefferson Lab (JLab - Virginia, USA), focusing in particular on measurements of exclusive electroproduction reactions, which allow to access the Generalized Parton Distributions (GPDs) of the nucleon. The formalism of GPDs provides a universal description of the structure of the nucleon in terms of its constituents, the quarks and gluons: their spatial and momentum distributions, their contribution to the spin of the nucleon, etc. Our team has lead a program, very fruitful in terms of results and having a strong impact, of measurements of GPDs at JLab with a 6-GeV electron beam. This program is continuing with the 12-GeV upgrade of JLab, which will increase the kinematic coverage for the study of GPDs. IPN Orsay has contributed to the JLab upgrade by constructing, and recently installing, a neutron detector (Central Neutron Detector, CND) for the Hall-B CLAS12 spectrometer. The CND will allow us to measure neutron GPDs and thus to extract the contributions of the various quark flavors to the GPDs. The reaction that will be studied is the deeply virtual Compton scattering (DVCS) on the neutron: en->e'n'gamma. The student will have the unique opportunity to participate to the neutron-DVCS data taking (scheduled for January-March 2019) with CLAS12 and the CND. He:she will then proceed to the data analysis and the extraction of the beam-spin asymmetry for nDVCS. This observable is paramount for the measurement of GPDs and for the extraction of the contribution of the angular momentum of quarks to the nucleon spin. This project provides a quite complete preparation research activities in hadron physics, as it involves hardware (work on particle detectors), data taking, analysis work, and phenomenology/theory study to interpret the final results. Several trips to JLab will be required, especially during the data taking stages. A background in high-energy or nuclear physics is required, along with a good knowledge of the English language and adequate computing skills.