Activité à JLab de l’IPN Orsay : mesures de GPDs avec CLAS et CLAS12 Silvia Niccolai (IPNO) IN2P3, 2/7/2009 Groupe JLab : DR : M. Guidal CR : M.

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1 Activité à JLab de l’IPN Orsay : mesures de GPDs avec CLAS et CLAS12 Silvia Niccolai (IPNO) IN2P3, 2/7/2009 Groupe IPNO @ JLab : DR : M. Guidal CR : M. Mac Cormick (sur le départ), S. Niccolai Post-Doc (ANR) : S. Pisano Etudiants : A. Fradi, B. Moreno (soutenances : Juillet 2009) 2 Stagiaires pour l’été 2009

2 Activité à JLab de l’IPN Orsay : mesures de GPDs avec CLAS et CLAS12 Silvia Niccolai (IPNO) IN2P3, 2/7/2009 Groupe IPNO @ JLab : DR : M. Guidal CR : M. Mac Cormick (sur le départ), S. Niccolai Post-Doc (ANR) : S. Pisano Etudiants : A. Fradi, B. Moreno (soutenances : Juillet 2009) 2 Stagiaires pour l’été 2009 Analyses en cours des données de CLAS existants :  Sections efficaces pour DVCS, ep  0, ep  +  Asymétrie spin-faisceau du  VCS Expériences en cours :  DVCS sur cible polarisée (but : double asymétrie faisceau/cible) R& D et programme a long terme :  Détecteur de neutrons pour CLAS12 (nDVCS) Interprétation phénoménologique des données en termes de GPDs

3 Pourquoi et comment mesurer les GPD? e’ p t (Q 2 ) e L*L* x+ξ x-ξ H, H, E, E (x,ξ,t) ~ ~  … p’ GPDs : Corrélation entre les distributions d’impulsion (longitudinale) et de position (transverse) des quarks dans le nucléon Moment angulaire orbital des quarks Les GPDs sont accessibles en réactions exclusives dures : DVCS (eN→e’N’  ) production de mésons (eN → e’N’M) 4 GPDs, qui dépendent de 3 variables, pour chaque saveur des quarks → très complexe! Il faut mesurer : plusieurs observables plusieurs états finaux sur un grand espace de phase ρ0ρ0 2u+d ω 2u-d ρ+ρ+ u-d 00 2  u+  d  2  u-  d Mésons vecteurs (H, E) Mésons pseudoscalaires (H, E) ~~ DVCS (p, n): H u, H u, E d selon la polarisation (faisceau/cible) ~

4 DVCS sur proton avec faisceau polarisé Les photons émis a l’avant ont été détectés dans un calorimètre e.m. (IC) (IPNO : électronique et mécanique) Données prises au printemps 2005 (e1-dvcs) 2 publications : BSA pour DVCS BSA pour ep → ep  0 CLAS e1-dvcs Hall A CLAS @ 4.3 GeV 2 VGG twist-2 VGG twist-2 and 3 PRL 100 (2008)

5 0.09<-t<0.2 GeV 2 0.2<-t<0.4 GeV 2 0.4<-t<0.6 GeV 2 0.6<-t<1 GeV 2 1<-t<1.5 GeV 2 1.5<-t<2 GeV 2 DVCS: Sections efficaces non-polarisées Thèse de H.S. Jo (M. Guidal)

6 0.09<-t<0.2 GeV 2 0.2<-t<0.4 GeV 2 0.4<-t<0.6 GeV 2 0.6<-t<1 GeV 2 1<-t<1.5 GeV 2 1.5<-t<2 GeV 2 DVCS: Différences des sections efficaces polarisées Re-analyse en cours (S. Pisano & S. Niccolai) progrès dans la normalisation absolue grâce a une meilleure compréhension du bruit de fond Thèse de H.S. Jo (M. Guidal)

7 Termes d’interférence différents de zéro: contributions transverse et longitudinale Preliminaire Q 2 = 2.25 (GeV/c) 2 x B = 0.34 d  TT dt +  dd d  dt = 1 22 ( dTdT dt dLdL +  d  LT dt +√ 2  +1) cos  cos2  =  (Q 2,x B ) d4d4 dQ  dx B d  dt d2d2 d  dt Sections efficaces ep→ep  0 ← pas de séparation L/T S. Niccolai, en cours Toutes les particules dans l’état final (ep  ) sont détectées dans CLAS + IC

8 Asymétries de spin-faisceau pour le  VCS Thèse de B. Moreno (M. Mac Cormick) Soutenance : Juillet 2009 But: étude des GPDs de transition N →  Les deux canaux de décroissance du  (  → n  + et  →p  0 ) sont analysés Toutes les particules sont détectées Faible statistique mais… …première mesure pour cette observable

9 Thèse de A. Fradi (M. Guidal) ep →en  + → en  +  0 → e(n)  +  Premières sections efficaces pour cette réaction Interprétation en termes de GPDs en cours Soutenance début Juillet Nouvelle prise de données avec le même “setup” accomplie dans l’automne 2008 (2x statistique) Données en cours de calibration (S. Pisano) Sections efficaces ep→en  +

10 DVCS avec cible polarisée ~ Im(T DVCS ) N++N-N++N- N+-N-N+-N- A UL = H( , ,t) ~ ~ Re(T DVCS ) (N ++ +N -- )-(N +- +N -+ ) A LL = (N ++ +N -- )+(N +- +N -+ ) CLAS PROJECTED Prises de données à JLab : Février-Mars, Avril-Juin, Aout-Septembre 2009 Calibrations en cours (S. Pisano) CLAS PROJECTED ∫ H(x, ,t)dx CLAS + cible polarisée longitudinalement (NH 3 ) + IC Double asymétrie (cible/faisceau) e p → e p  S. Pisano, S. Niccolai

11 Im(H) décroit quand l’énergie augmente Im(H)>Re(H) JLab Hall A Sections efficaces DVCS (polarisées et non-polarisées x B =0.36,Q 2 =2.3 HERMES 17 asymétries DVCS x B =0.09,Q 2 =2.5 Dépendance en -t différente pour Im(H) et Re(H) M.Guidal, H. Moutarde hep-ph 0905.1220 Fit (dépendant du modèle) D. Muller, K. Kumericki hep-ph 0904.0458 Extraction des GPDs via « fit » aux données expérimentaux Résultats du fit (indépendant de modèle) Predictions de VGG

12 Le futur à plus long terme: CEBAF à 12 GeV Add new hall CEBAF@12 GeV: grand Q 2, x B et CLAS12 ~2012 Détecteur Central (CD)

13 nDVCS (GPD E) avec CLAS12 ~ 80% des neutrons de nDVCS ont  >40° → Il faut construire un détecteur de neutrons (CND) pour la partie centrale de CLAS12 (CD) ~ 0.4 GeV/c ed→e’n  (p) Détecté dans CLAS12 (FD) Détectés in FEC, IC Pas détecté PID (n ou  ?) + angles pour identifier l’état final CD CND CTOF Central Tracker Challenges techniques : espace a disposition très petit (épaisseur~10 cm) → pas de place pour guides de lumière → besoin d’une système compacte de lecture fort champ magnétique (5 T) → photo-détecteurs insensibles au champ magnétique (SiPMs ou Microchannel PMTs) résolution sur le temps de vol ~ 150 ps pour pouvoir distinguer les neutrons des photons (pour p n ≤1 GeV/c) Aimant

14 Plan: Mesurer résolution sur le temps avec 2 PMT standard (fait) Substituer un des deux PMTs avec un SiPM (fait) Refaire les mêmes tests avec scintillateur « extruded »(FNAL) + fibres optiques WLS (Kuraray) + SiPM (en cours) Test avec  channel PMTs (en cours) Banc de test pour mesures de temps avec rayons cosmiques PMT « Trigger » (Photonis XP2020) Barreau de scintillateur (BC408) 80cm x 4 cm x 3 cm Scintillateurs « trigger » (BC408) épaisseur 1cm PMT « Référence » Photonis XP20D0 B. Genolini T. Nguyen Trung (J. Pouthas). S. Pisano et S. Niccolai pour l’analyse des mesures LOI approuvée par le PAC de JLab (Janvier 2009) Présentation d’une proposition d’expérience (Janvier 2010) Collaboration européenne: Orsay, Grenoble, Genova, Frascati, Glasgow

15 Asymétries DVCS et GPDs  LU ~ sin  Im{F 1 H +  (F 1 +F 2 )H +kF 2 E}d  ~ Faisceau polarisé, cible non polarisée de protons Faisceau non polarisé, cible de protons polarisée longitudinalement  UL ~ sin  Im{F 1 H+  (F 1 +F 2 )(H + … }d  ~ Faisceau polarisé, cible non polarisée de neutrons  = x B /(2-x B ) k=-t/4M 2 H u, H u, E u Négligeables à bas t H u, H u ~ A =           = ~   leptonic plane hadronic plane p’ e’ e H d, H d, E d ~  LU ~ sin  Im{F 1 H +  (F 1 +F 2 )H - kF 2 E}d  ~ Négligeable (F 1 (t) petit) Négligeable (compensation entre PPD’s des quarks u et d) Fait! Février-Mai 2009 Proposition d’expérience pour CLAS@12 GeV (~2012)