Physique Hadronique à JLab: mesures de GPDs avec CLAS et CLAS12 Silvia Niccolai (PHASE) Journée des AP, IPNO, 12/12/2008.

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1 Physique Hadronique à JLab: mesures de GPDs avec CLAS et CLAS12 Silvia Niccolai (PHASE) Journée des AP, IPNO, 12/12/2008

2 GPDs: corrélation entre les distributions de charge et les distributions des partons 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’ Formalisme valide à grand Q 2,  (x B fixée ) Q 2 = - (e-e’) 2 x B = Q 2 /2M  =E e -E e’ x+ξ, x-ξ fractions d’impulsion longitudinale t = (p-p’) 2  x B /(2-x B );   0,x  ),(Ex q  2 1 Hxdx q  J G =  2 1 J q  1 1  )0,,( Moment angulaire des quarks (règle de somme de Ji) X. Ji, Phy.Rev.Lett.78,610(1997) GPDs: Corrélation entre les distributions des quarks d’impulsion (longitudinale) et de position (transverse) 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

3 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)

4 Continuous Electron Beam Accelerator Facility Jefferson Laboratory Newport News, USA Hall B E max = 6 GeV CEBAF Large Acceptance Spectrometer Faisceau d’électrons (E e =6 GeV) polarisées de haute intensité

5 Les photons émis a l’avant ont été détectés dans un calorimètre e.m. (IC) (IPNO: électronique et mécanique) Données prises au printemps 2005 2 publications: BSA pour DVCS BSA pour ep → ep  0 Analyses en cours a l’IPN: Sections efficaces DVCS, ep → ep  0, ep → en  + BSA pour  VCS (ep → e  +  Deuxième prise de données en cours a JLab (2x statistique) DVCS à CLAS: asymétries de faisceau (BSA) CLAS e1-dvcs Hall A CLAS @ 4.3 GeV 2 VGG(*) twist-2 (DD) VGG(*) twist-2 and 3 PRL 100 (2008)

6 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 et Mai 2009 CLAS PROJECTED ∫ H(x, ,t)dx CLAS + cible polarisée longitudinalement (NH 3 ) + IC Double asymétrie (cible/faisceau) e p → e p 

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

8 nDVCS avec CLAS12 ~ 80% des neutrons de DVCS ont  >40° → Il faut construire un détecteur de neutrons pour la partie centrale de CLAS12 (CD) ~ 0.4 GeV/c ed→e’n  (p) Detecté dans CLAS12 (FD) Detectés in FEC, IC Pas detecté 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

9 Plan: Mesurer résolution sur le temps avec 2 PMT standard Substituer un des deux PMTs avec un SiPM ou une matrice de SiPMs (collaboration avec le LAL) Refaire les mêmes tests avec scintillateur « extruded »(FNAL) + fibres optiques WLS (Kuraray) + SiPM Test avec  channel PMTs 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

10 Demande de crédits pour l’année 2009 Groupe PHASE (DVCS @ JLab): CR: M. Guidal, M. Mac Cormick, S. Niccolai Post-Doc: S. Pisano Etudiants: A. Fradi, B. Moreno Missions de travail : 6 physiciens x 4.5 semaines (prise données, réunions de collaboration) x 1.2k € /semaine + 2 ingénieurs x 1 semaine x 1.2 k€/semaine ~ 35 k € Missions de conférence : 8 k€ Budget Equipement : 37 k€ se décomposant en : 20 k€ : fonderie d'un ASIC prototype, 5 k€ : carte test de l'ASIC, 7 k€ : banc de test de SiPM par cosmiques, 3 k€ : achat de SiPM et amplis.