plan de l’exposé 1/ le jlab/cebaf : des sondes em/faible
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Plan de l’exposé 1/ Le JLab/CEBAF : des sondes EM/Faible 2/ Programmes en cours et en projet avec l’upgrade à 12 GeV 3/ Une sélection (biaisée) de résultats et de perspectives 3/ Questions/discussion … Exposé GDR-Autrans, 7 Juin 2005 Serge Kox, LPSC Grenoble. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Plan de l’exposé
1/ Le JLab/CEBAF : des sondes EM/Faible
2/ Programmes en cours et en projet avec l’upgrade à 12 GeV
3/ Une sélection (biaisée) de résultats et de perspectives
3/ Questions/discussion …
Exposé GDR-Autrans, 7 Juin 2005
Serge Kox, LPSC Grenoble
Physique hadronique au JLab
Objectifs physique Compréhension de l’interaction forte/couleur et de sa théorie fondamentale QCD Confinement, masse des quarks
Construction des hadrons à partir des quarks et gluons Spectroscopie N*, états exotiques (pentaquarks, …) Structure du nucléon à différentes échelles
Transition entre force NN et quark-quark Structure des noyaux légers et degrés de liberté pertinents
Les sondes EM et faibles Sondes ponctuelles, interaction décrite exactement 3 sondes : , q, Z0 (charge faible, PV) Ajustement L/T, Q2, … avec la cinématique
Programme en cours depuis 30 ans … pourquoi continuer ??
Physique des Hadrons : Contexte
Période actuelle est très favorable! Progrès récents en théorie Progrès rapides de LQCD avec CPU et algorithmes. Modèles (QCD, symétrie Chirale) complémentent le secteur des quarks légers Nouveaux concepts pour la structure du Nucléon (GPD) Aspect plus prédictif et meilleur contenu physique
Nouvelle génération d’accélérateurs et détection/appareillages associés Grands cycles utiles (100%) Fortes luminosités (10-100 A) Systèmes de rétroaction et polarisation (PV) Données précises et plus complètes
Physique des Hadrons : Contexte (II)
MAMI-II
Le Jlab en quelques chiffres Accélérateur fonctionne depuis 1995 et les 3 halls sont opérationnels depuis 1997 Environ 1150 scientifiques de 200 institutions dans 30 pays Importante contribution IN2P3 (Clermont, Grenoble, Orsay)-SPhN (Saclay) 150 expériences approuvées. 400 publications, 300 exposés, 160 thèses
JLab ELSAProton : Jlab Avril 2005 …
“Pentaquark Debate Heats Up”
Avec 10-100 fois plus de statistique, le signal n’est plus observé sur la cible de proton !!
+ d K-K+p(n)Programme au niveau mondial Jlab : photoproduction
Proton et deutérium
A venir Nouveaux résultats + sur le deuton (2005)
Recherche du
en 2004-2005
Recherche + sur noyau de Be en 2005 (analogue à SPRING 8)
La saga des Pentaquarks
Mésons hybrides
Degrés de liberté gluoniques Confinement du aux gluons (couleur) Prédiction de Lattice QCD
Formation de tubes de flux dans les interaction q-q
Excitation de ces tubes de flux (gluons) Nombres quantiques exotiques JPC = 0--, 0+-, 1-+, …
Motivation forte pour l’upgrade Masse des Mésons hybrides : 1-3 GeV 8-9 GeV photons par bremsstrahlung cohérent Photons polarisés linéairement Polarisation linéaire maximum pour
2/3*Ebeam
Electrons de 12 GeV (en 5 + 1/2 tours)
Nouvel Hall expérimental : D
Flux
tube
forms
between
Facteurs de forme Diffusion élastique Distributions spatiale (TF de la distribution en q) Distribution charges et moments magnétiques Mesures sur N et A=2-4 Décomposition en saveur (u, d, s) avec sonde faible
Fonctions de structure DIS inclusive Distributions en x (impulsion) des partons Mesures pour u, d, s
Spin du nucléon (polar.)
Fonctions de structure Généralisées (GPDs) DIS (exclusive) Corrélations entre quarks Holographie ‘’3D’’ (b et x Lq)
(factorisation pQCD)
Structure des nucléons et sonde leptonique
lepton
q
(Voir exposé de Fabienne)
Panorama Actuellement précision au niveau de 15% pour Q 1 (GeV/c)2
Données + paramétrisations Effet des processus à 2 photons ??
Extension possible aux plus grands
Q2
12 GeV/polarimètres
(Facteurs de forme type temps : Saro)
Asymétries de polarisation (Hall A) Cible 3He polarisée (neutron)
et faisceau d’électrons polarisés Grands Q2 et x 1 (valence quarks) Règles de pQCD (scaling et hélicité)
Comparaison avec théorie Hélicité n’est pas conservée Besoin de considérer le moment orbital des quarks pour reproduire les données
Spins des quarks u et d Combinaison des résultats proton et neutron Spins des quarks u et d de valence sont anti-alignés Moment orbital
Mesures en DIS au JLab
Apport des expériences (Halls A and
C) Extension aux grands Q2
Séparation des 3 facteurs de forme Position du nœud de GC (test de la
NN force a courte portée) Accord avec données A= 3
Enseignements physiques Tests des MEC et modèles relativistes Description cohérente des noyaux légers Prédictions p-QCD non confirmées Approche Nucléon-méson encore valable
Q2 = 2 (GeV/c)2 r < 0.5 fm !!
Facteurs de forme EM du deuton
Facteurs de forme EM du deuton et A=3, 4
Deuton à grand Q2 :pQCD ou N-Meson??
Les difficultés B(Q) : mesure à 180° A=2 à qq (GeV/c)2
10-41 cm2/sr ! A=3 Q-32
Mesure d’une déviation à 0, et le rapport minimise plusieurs erreurs (normalisation)
APV : 1 ppm à 50 ppm (part per million) pour Q2 =0.1 - 1. (GeV/c)2
Contribution des quarks étranges aux FF du nucléon Quarks de la mer Facteurs de forme faibles pour décomposition en saveur APV = A0 (SM, s =0) + AS précision de quelques % sur la mesure !
Diffusion élastique et asymétrie de Violation de Parité
Mesure des facteurs de forme faibles
e
N
e
N
+ Z0Parité
APV ≡ + −− + +−
≈
Ζ
2
e e pp
Quelques enseignements
G
sE faible (mais = 0 pour Q2 =0)
Tendance positive pour GsM
Contredit la plupart des modèles
Contribution à hauteur de 5-10 % au
moment magnétique du N (facteur 1/3 !)
GEs =−0.013±0.028
GMs =0.626 ±0.310
(Valeurs à 1
Etrangeté dans le nucléon : Résultats pour S
Lattice QCD Vector Meson DominanceSkyrmeKaon LoopsQCD equalities, Quark FF …
SAMPLE seulSAMPLE + A4 + Happex
Expériences PV : d’autres aspects de physique
Facteur de forme axial
Terme au 1er ordre (tree-level) : GZA
Facteur de forme anapolaire FA
Processus d’ordre supérieur, multi-quarks, au niveau du nucléon
Re corrections EW d’ordre supérieur
eA
ZA
eA RFGG +η+= + +
D2
H2
Zh
u, e
t al
.
Expériences PV : Mesures de Précision
Couplages e-q
PV : couplages A(e).V(N) et V(e).A(N) SAMPLE et programme futur à JLab
Combinaison C2i , avec i= u,d et bon accord avec PDG
Mesures en DIS (PR 05-007) à 6 GeV
Amélioration prévue : facteur 8 sur la précision
LPV
e−H =GF
2× C1i e
eqq+C2i eeqq⎡⎣
⎤⎦
i∑
Test du Modèle Standard Corrections radiatives Electroweak
sin2W varie avec Q
Mesures basses énergies très compétitives
E 158 (Moller), Cs (noyaux), Qweak (proton)
Objectifs Qweak (proton) au Jlab
sin2W < 0.0007 !
€
Qweakp =1− 4sin2 θW ~ 0.072
DIS parityJLab 12 GeV
Qweak
Expériences PV : Mesures de Précision (II)
(Figure : Thèse A. Vacheret-Saclay)