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Plan de l’exposé 1/ Le JLab/CEBAF : des sondes EM/Faible

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.

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Plan de l’exposé 1/ Le JLab/CEBAF : des sondes EM/Faible

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. Physique des Hadrons : Contexte 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 : g (w), g*(w,q), Z0 (charge faible, PV) • Ajustement L/T, Q2, … avec la cinématique Programme en cours depuis 30 ans … pourquoi continuer ??

  3. MAMI-II Physique des Hadrons : Contexte (II) 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 mA) • Systèmes de rétroaction et polarisation (PV) • Données précises et plus complètes

  4. CEBAF 6 GeV et le projet 12 GeV Ie = 200 mA Pe = 70-85 % dp/p < 10-4 CW

  5. 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

  6. Proton : 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 !! ELSA JLab Q+ gdK-K+p(n) La saga des Pentaquarks • Programme au niveau mondial • Jlab : photoproduction • Proton et deutérium • A venir • Nouveaux résultats Q+ sur le deuton (2005) • Recherche du X 5- - en 2004-2005 • Recherche Q+ sur noyau de Be en 2005 (analogue à SPRING 8)

  7. 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

  8. lepton q Structure des nucléons et sonde leptonique (factorisation  pQCD) • Fonctions de structure • Généralisées (GPDs) • DIS (exclusive) • Corrélations entre quarks • Holographie ‘’3D’’ (b et x Lq) • Fonctions de structure • DIS inclusive • Distributions en x (impulsion) des partons • Mesures pour u, d, s • Spin du nucléon (polar.) • 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 (Voir exposé de Fabienne)

  9. 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)

  10. Mesures en DIS au JLab 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

  11. Facteurs de forme EM du deuton 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 !!

  12. 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

  13. e Parité g* + Z0 N (s-) e N (s+) Mesure des facteurs de forme faibles Diffusion élastique et asymétrie de Violation de Parité • 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 !

  14. Etrangeté dans le nucléon : Résultats pour mS • Quelques enseignements • GsE 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 !) (Valeurs à 1s) SAMPLE + A4 + Happex SAMPLE seul Lattice QCD Vector Meson Dominance Skyrme Kaon Loops QCD equalities, Quark FF …

  15. Etrangeté dans le nucléon : II Résultats présentés au JLab le 17 Juin 2006-2007

  16. D2 H2 Zhu, et al. 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 + +

  17. 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

  18. Qweak DIS parity JLab 12 GeV Expériences PV: Mesures de Précision (II) Test du Modèle Standard • Corrections radiatives Electroweak  sin2Wvarie avec Q • Mesures basses énergies très compétitives • E 158 (Moller), Cs (noyaux), Qweak (proton) • Objectifs Qweak (proton) au Jlab • Dsin2qW < 0.0007 ! (Figure : Thèse A. Vacheret-Saclay)

  19. Questions et discussion ...

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