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L'expérience COMPASS au CERN F.Kunne – CEA Saclay GDR Physique subatomique et calculs sur réseau Autrans. 6-7 juin 2005 Spin du nucléon, contribution des.

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1 L'expérience COMPASS au CERN F.Kunne – CEA Saclay GDR Physique subatomique et calculs sur réseau Autrans. 6-7 juin 2005 Spin du nucléon, contribution des quarks et des gluons COMPASS au CERN; faisceau muons +cible polarisée Mesure de G Fonctions structure en spin, Transversité Autres résultats: prod. 0, recherche pentaquark,... (>2007 faisceau hadrons) : GPDs

2 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 ½ = ½ ΔΣ + ΔG + Spin du nucléon quarksgluons moment orbital ΔΣ = u + d + s EMC, SMC, SLAC, HERMES… COMPASS, RHIC Comment mesurer ? Deep Inelastic polarisé Photon absorbé par quark dhélicité opposée (QPM) fonction de structure en spin longitudinal q(x)= q + (x) - q - (x)

3 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 et le premier moment de g 1 Neutron decay g A /g V a 3 hyperon decay 3F-D a 8 a 0 u+ d+ s EMC, SMC, SLAC, HERMES

4 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 ½ = ½ ΔΣ + ΔG + Quarks constituants ~ corr. relativistes ~ QPM + s = 0 (Ellis-Jaffe) ~ Contribution des quarks majoritaire En Deep Inelastic polarisé, mesure de g 1 (fct de structure en spin) Premier moment de g 1 relié à a 0 ( Les expériences trouvent a 0 ~ très différent de ce quon attend… ΔΣ ΔG L z

5 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Expériences de Deep Inelastic SLAC, EMC, SMC, HERMES a 0 ~ QPM: a 0 = ΔΣ QCD: a 0 = ΔΣ –( s /2 )n f ΔG ΔΣ et s dépendent de ΔG Interprétation Si a 0 = 0.3, il faut G ~ 2.5 (et L z ~ - 2.3) pour retrouver ~ 0.6 Nécessité d'une mesure directee de G

6 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 polarisé – g 1 p (Q 2 ) non polarisé - F 2 p (Q 2 ) Besoin de données plus précises de g 1 (x,Q 2 ) et meilleure couverture en x et Q 2 G & équations évolution de g 1

7 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Collaboration COMPASS au CERN Common Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy Saclay : 11 physiciens +2 postdocs+ 2 doctorants Bielefeld, Bochum, Bonn (ISKP, PI), Burdwan and Calcutta, CERN, Dubna, Erlangen, Freiburg, Heidelberg, Helsinki, Lisbon, Mainz, Moscow (INR, LPI, MSU), Munich (LMU, TU), Nagoya, Prague, Protvino, CEA Saclay, Tel Aviv, Torino (Univ., INFN), Trieste (Univ.,INFN), Warsaw (SINS, TU) 220 physiciens, 26 instituts

8 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 DIS inclusif Asymétrie spin longitudinal Fonction structure en spin g 1 deuton Mesure la plus précise < x < 0.03 Nouveau fit NLO QCD, précision sur a 0 améliorée facteur 2 (Q 2 = 4 GeV 2 ) Nouvelles données COMPASS: PLB 612 (2005) 154 = ( sans données COMPASS)

9 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Détermination de ΔG/G Fusion photon gluon charme c D 0 K signal non ambigü de charme statistique limitée: nb BR, identification kaon hadrons grand p T q q h + h - bonne statistique interprétation plus compliquée

10 F.KunneAutrans, 6-7 juin ΔG/G - paires de hadrons à grand p T h h Leading process h h Gluon radiation h h Photon Gluon Fusion (PGF) Q 2 > 1 GeV/c 2 résultat : PGF ~ 33 % G/G = 0.06 ± 0.31 (stat) ± 0.06 (syst) ~ 0.13

11 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Q 2 < 1 GeV/c 2, bruit de fond additionnel Q 2 < 1 10 fois plus de données, mais incertitude supplémentaire: structure en spin du photon résolu MC simul PYTHIA PGF + …+ + … partie perturbative : calculable partie non-perturbative: scenarios VMD min/max G/G = ± (stat) ± (syst)

12 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 ΔG/G - Résultat COMPASS Données COMPASS Courbes: analyses QCD xΔG G AAC BB02 (Bluemlein,B) 1.1 GRSV00 (Gluck, Reya…) 1.0 LSS01 (Leader,…) 0.6

13 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Mesures semi-inclusives Δ u, d, s Très prometteur, en particulier pour Δs ! Données à petit x essentielles, accessibles seulement à COMPASS. p X

14 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Transversité h 1 q (x,Q 2 ) 3 fonctions de structure pour décrire le spin du nucléon au LO. toutes dégale importance ! cible polarisée transversalement mesure semi-inclusive F 2 (x) g 1 (x) h 1 (x) T q(x) pas mesurable dans DIS inclusif: renversement dhelicité

15 F.KunneAutrans, 6-7 juin méthodes explorées à COMPASS: 1) Mesure polarisation transverse Λ 2) Dépendance azimutale du plan contenant leading et next to leading hadrons 3) Asymétrie de Collins leading hadron h ± S (S) = azimut du spin du quark fragmentant avant (après) diffusion h = azimut hadron h Transversité h 1 q (x,Q 2 ) C = Φ h + Φ S – π A Collins = A 0 ± A 1 sin( Φ C )

16 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Intrinsic k T dependence of the quark distribution Sivers spin-dependent part for hadronisation of a transversely polarised quark q into a hadron h Collins Distributions transverses

17 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Transversité résultats deuton COMPASS 2002 PRL 94 (2005) proton HERMES Projections proton COMPASS 2006 A Sivers A Collins xz x COMPASS : énergie +élévée, x + petit Compatible avec 0 Compensation p-n ? HERMES A Collins negative A Sivers positive h+h+ h+ PRL 94 (2005)

18 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Motivation: candidats pentaquarks Φ – – (ou Ξ -- ) vus par exp.NA49 –COMPASS : bonne statistique de baryon Ξ (18000 Ξ –, Ξ + ) données 2002/3 –Recherche résonance Ξ – π – Φ(1860) – – Ξ – π – Λπ – π – p π – π – π – (1530) + uudds (1860) -- ddssu Recherche pentaquark Φ(1860)

19 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Recherche pentaquark Φ(1860) Comparaison comptages –Paires signe opposé: Ξ(1530) 0 Ξ – π +, 1700 and 920 evts –Paires même signe: nb.evts <79 et <89 à 99% CL EPJ C41 (2005) 469 Ξ(1530) 0

20 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Pour toutes les expériences ~même rapport Ξ 0 / Ξ – En supposant le rapport Φ/Ξ – fixe aussi, on attend 400 evts. Pas de pentaquark Φ(1860) au niveau annoncé par NA49 ~ 400 Recherche pentaquark Φ(1860)

21 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Distributions partons généralisées muons +cible H 2 liq, réactions exclusives : - DVCS Deep Virtual Compton Scattering - HEMP Hard Exclusive Meson Production mesurées simultanément… p e p H,E,H,E ~~ q q factorisation Ex: DVCS section efficace à 190 GeV… et à 100 GeV Mesure de lasymétrie beam charge, sensible à interférence VCS-BH >2010

22 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 E=190, 100GeV lumi x 2 lumi x 5 + H1 / ZEUS dépendance Q 2 factorisation

23 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 meson pp GPDs γ*γ* x + ξx - ξ t = Δ 2 L 1/Q 6 hard soft vector mesons pseudo-scalar mesons ρ,ω, …, π,η,... Hard exclusive meson production 1/Q 4 Production de exclusifs à COMPASS * p p Muons polarisés et charges opposées Grand domaine en Q 2 Domaine x BJ ~ 0.1 Atouts de COMPASS pour GPDs:

24 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Résultats de physique - muons G/G hadrons grands p T (+charme D 0 à venir) DIS inclusif A 1 d DIS semi-inclusif : s analyse en cours Asymétries Collins et Sivert h + et h - Production excl. de 0, Mésons, J/, hypérons Cible polarisée longitudinalement Cible polarisée transversalement Autres produits

25 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Futur : - G /G canal D 0 - G /G canal D 0 - spin transverse, cible p - spin transverse, cible p > 2007 : faisceau hadrons > 2010 : COMPASS bien placé pour mesurer GPDs

26 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Programme hadrons: faisceaux, K GeV Polarisabilités pion et kaon Spectroscopie mésons légers Recherche excitations gluoniques (glueballs), et exotiques (hybrids) Prod. diffractive cible H 2 40cm Echange Prod. centrale diff pomeron-pomeron Recherche états f 0 ( ) et f 2 (1900) vus par WA102

27 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Spectroscopie baryons charmés excités Recherche baryons doublement charmés cc-system vu par SELEX états étroits excités D et D s

28 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 ΔG/G - charme c D 0 K c D* D 0 s K s Détection :, K Masse invariante K c c 1274 D 0 S/B = 0.9 M K –M D° ( )

29 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Analyses globales QCD NLO de g 1 (x,Q 2 ) : u v (x) et d v (x) bien contraints mais pas G(x) ! forme et intégrale indéterminées. J.Blumlein & H.Bottcher Q 0 2 = 4 GeV 2 Détermination indirecte de G

30 F.KunneAutrans, 6-7 juin 2005 Ex: DVCS Asymétrie Beam Charge ''Beam Charge'' Asym Model 2 (Goeke et al.) partons grand x au cœur du nucléon; partons petits x à la périphérie. Model 1: H(x,ξ,t) ~ q(x) F(t) stat. pour 150 jours (2/18 de lensemble des données) x=0.05 x=0.10 Sensible au terme interférence VCS-BH


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