Aurons-nous la peau du Neutron?

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1 Aurons-nous la peau du Neutron?
Etat des lieux sur le 208Pb Mesure par la sonde faible Méthode expérimentale Apport de connaissances David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

2 Prédictions Théoriques
NL1 SKIII P. Ring et al., Nucl. Phys. A624, 349 (1997) David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

3 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Mesures Diffusion élastique d’e-: Rp = / fm Rn: [1]: p-Pb, Nucl. Phys. A209,1 (1973) [3] [4] [2]: p-Pb, Phys. Rev. C 21, 1488 (1980) [3]: p-Pb, Phys. Rev. C 49, 2118 (1994) [2] [4]: a-Pb*, Nucl. Phys. A567, 521 (1994) SHF+FP: Skyrme contraint par nEOS de Friedman-Pandharipande. [1] 208Pb Nouvelle mesure en diffusion d’e-, Indépendante des modèles nucléaires: PRex: dRn/Rn~1% David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

4 Sonde faible de la matière nucléaire
e- (k’) e- (k) e- g q=k-k’ + Z0 e- N e- N = N N N N Z0: sonde perturbative, connue précisément Mais effet non mesurable dans s si Q2<<MZ2: 2 pa GFQ2 ~ Q2 ~ MZ Mg David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

5 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
La symétrie parité Parité (Réflexion / O) 180 deg. Sym. miroir O Vecteur : Scalaire : Pseudo-vecteur: Pseudo-scalaire: x,p,E m s=xLp,B h=s.p g -x,-p,-E +m +s,+B -h Exacte pour QED, QCD, gravitation Non respectée par l’électrofaible, signature unique David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

6 Asymétrie de violation de parité:
Et Z0 est arrivé… Parité e(k’) (pseudo-vecteur) a e(k) N(p’) O a N(p’) e(k) e(k’) Asymétrie de violation de parité: David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

7 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Théorie V-A W+ n e+ Courant chargé: Violation maximale de P (T.D.Lee et C.N. Yang, 1956) Z0 f Courant neutre: Violation partielle de P Charges faibles QW = 1-4sin2qW p QW = 1 n cfV = T3 – 2sin2qWQf cfA = T3 David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

8 Une nouvelle sonde fructueuse
David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

9 Mesure de Rn par la sonde faible
g e- 208Pb Z0 a a Approximation de Born: FW (Q2) Fg (Q2) -N Fn(Q2) + (1-4sin2qW) Z Fp(Q2) Z Fp(Q2) (DR2=R2n-R2p) David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

10 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Extraction de FW(Q2) C. Horowitz et al, Phys. Rev. C 63, (2001) Corrections Coulombiennes: Aexp ~ (1-Za/p) Aborn 30% pour la cinématique de PRex Erreur associée négligeable: Correction déjà bien maîtrisée pour Rp Section efficace au % Fw sensible à la distribution de neutrons dont la correction dépend peu. FW  comparaison avec théorie de champ moyen David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

11 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Extraction de Rn 208Pb: Rn ~ RW fm , erreur << 0.05 fm Rq: 4He, N=Z et Rn=Rp  mesure de rs. David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

12 Erreurs Syst. Théoriques
Courants d’échange: -Pas de transitions 0+0- par interaction Coulombienne -Portée faible, rMEC<<Rn Corrections dispersives d’ordre a/Z Dépendance en Q2: dRW/RW=1%  da/a=25% -Surcontraint par les mesures d’énergie de liaison Incertitudes théoriques faibles comparées à l’erreur de la mesure David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

13 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Jefferson Laboratory Faisceau continu E = GeV upgrade 12 GeV I = 1nA - 100mA Pe~80% 3 halls expérimentaux en simultané David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

14 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Figure de Mérite F.O.M. = ds/dW.A2.e2 E 850 MeV qe 6.0 deg q 0.45 fm-1 Q2 0.008 Gev/c2 APV 0.64 ppm ! David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

15 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Hall JLab E 850 MeV qe 6.0 deg q 0.45 fm-1 APV 0.64 ppm = 860 MHz T =700h dA/A = 3% Dose=16 MRad Détecteur Plan focal Cible I =50mA Pe=80% Polarimètres David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

16 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Détection A D C 16 bits NR,L e- R L Signal INTEGRE sur un pulse d’hélicité : - Pas de temps mort Sandwich quartz-cuivre Précision statistique attendue pour 700h de faisceau: Aexp = 510 m (ppb) ! David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

17 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Detection - Réjection du bruit de fond grâce a une très bonne résolution en E - Coupure à 4MeV: intégration des premiers niveaux excites Bruit de fond Plan focal q p Dispersion=12.5cm/% 0+ 3- 2.6 MeV 208Pb Aexp = Aj [1-B/S(1-AB/Aj)] Avec B/S<0.1% et AB~Aj Correction et erreur négligeables Permet + de pertes d’énergie dans cible épaisse. David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

18 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Cible de Pb Epaisseur limitée par radiations dans le hall et les pertes d’énergies  10% de c0 Tenue à fort courant par un revêtement de poudre de diamant. David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

19 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Contrôle du faisceau Nm = N (Im,Xm,Ym,qxm,qym,Em,…) Intégration de l’ensemble de l’accélérateur dans l’appareillage de l’expérience: Source polarisée Moniteurs de positions et courant Aimants correcteurs Polarimètres Cible détecteurs David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

20 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Source Polarisée Accélérateur e- * Renversement rapide de l’hélicité Minimise la sensibilité aux variations de l’appareillage * Première état d’une paire aléatoire Supprime la corrélation a l’hélicité * En phase avec le 50/60Hz Réduit le bruit électronique lié au secteur * Inversion R L par lame l/2 Change le signe de l’asymétrie physique Séquence HV: … R R R L L L 15 Hz David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

21 Asymétrie en intensité
Pouvoir d’analyse du cristal source Transport non parfait du faisceau laser a la source: jitter~0.5% sbruit I spaire Polarisation linéaire résiduelle 3 ppm/Volt D A (ppm) “PITA slope”: bras de levier du feed-back David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

22 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Contre-réaction Contre reaction sur la tension de la cellule de Pockels: Convergence en 1/N de la valeur moyenne et de l’erreur Limitation du bruit électronique qui reste en 1/N l/2 David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

23 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Source d’erreur dA/A(%) Polarisation 1.0 Q2 0.3 Acceptance Param. Faisceau 0.2 Bruit de fond Total Syst. 1.1 Stat. 3.0 TOTAL 3.2 Normalisation Q2 à 0.3%:  mesure de qspectro à 0.3 mrad près Utilisation de la haute resol. en E Pe à 1%: Polarimètre Compton avec laser vert. Challenge a “basse” énergie car F.O.M. a E2 Idée de polarimètre Moller à atomes froids. dPe/Pe potentielle = 0.5% David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

24 Contraintes sur N-N effectives
E/N (MeV) Rn-Rp dans 208Pb (fm) drn/dE à rn=0.1 n/fm3 rn (neutron/fm3) A. Brown, Phys. Rev. Lett. 85, 5296 (2000) David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

25 Contraintes sur N-N effectives
Asymétrie dans l’énergie de Fermi bien contrôlée dans les modèles David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

26 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Des atomes aux étoiles Violation de parité dans les atomes: -tests très précis (QW à 0.7%) du MS a basse énergie -Niveau d’erreur des corrections électrofaibles dRn/Rn=2% -Mesure sur Ba envisgeable (N/Z plus proche de 137Cs) Contraintes sur le rayon des étoiles à neutrons C.J. Horowitz, Phys. Rev. C 64, (2001) David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004

27 Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004
Conclusion Prex: Résiste au feu des erreurs théoriques, peu de dépendance aux modèles nucléaires Erreurs expérimentales seront dures à cuire Contraintes sur les interactions effectives Connexions avec PV atomiques et astro-physique David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004