Étude de la réaction d'annihilation e⁺ e⁻ en quatre leptons

Study of the e⁺ e⁻ annihilation reaction into four leptons

• Auteur / Autrice : François Le Diberder
• Direction : Jacques Haissinski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques
• Date : Soutenance en 1988
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Leptons

Positons

Réactions d'annihilation

Électrodynamique quantique

Mots clés libres

Interactions électron-positron

Annihilation e⁺ e⁻

Résumé

Le travail présenté dans cette thèse a été mené dans le cadre de la collaboration internationale CELLO, dont le détecteur était placé auprès de l'anneau de collisions électron-positron PETRA à Hambourg (RFA). Son objet est de procéder à un test fin de l'Electrodynamique Quantique, au quatrième ordre dans la constante de couplage, en analysant les réactions d'annihilation électron-positron en quatre leptons. La thèse est séparée en 3 chapitres. Le premier chapitre présente la description théorique du processus. Il y est démontré que la description usuelle de la réaction à simple étiquetage, en termes de collision photon ­ photon, n'est pas suffisante. Une expression plus précise de la section efficace différentielle est donnée. Cette expression met en jeu, d'une part, trois fonctions de structure et d'autre part un terme correctif, issu en partie des diagrammes non multipériphériques. Le second chapitre est consacré à l'étude des performances du détecteur et à la détermination de la luminosité intégrée par l'expérience. Le troisième chapitre présente les résultats de l'analyse des événements à quatre leptons. Li est séparé en deux sections. Dans la première section sont considérés les événements simplement étiquetés. Les contributions des trois fonctions de structure et en particulier la dépendance azimutale de la section efficace sont mises en évidence avec une précision qui atteint le niveau du pourcent. Le rôle des diagrammes non multipériphériques est démontré. La seconde section présente l'analyse des événements où les quatres particules sont détectées à l'angle. L'excellent accord obtenu lors de cette analyse, entre les données et la théorie, dans l'intégralité des configurations cinématiques considérées fourni un test original et d'une grande précision de l'Electrodynamique Quantique.

The experimental study presented in this thesis has been carried out within the CELLO collaboration. The detector was located at the electron-positron storage ring PETRA. The aim of this analysis is to provide an accurate test of Quantum Electrodynamics to fourth order in perturbation theory, making use of the electron-positron annihilation into four leptons. The thesis is subdivided into three chapters. In the first chapter, a theorical description of the processes is given. It is shown that the standard description of the single tag reaction in terms of photon-photon collision is not satisfactory. A more precise expression of the differential cross-section is given. The expression involves on the one hand three structure functions and on the other hand a correction term accounting for the non-multiperipheral diagrams, in particular. The second chapter is devoted to a preliminary analysis of the performances of the detector and to a determination of the integrated luminosity accumulated by the experiment. In the third chapter the results of the four-lepton final state analysis are presented. This analysis is divided into two main parts. In the first part single tag events are considered. The contributions of the three above-mentioned structure functions and, in particular, the azimuthal dependence of the cross-section are measured at the percent level. The role of the non-multiperipheral diagrams is demonstrated. In the second part the analysis of events where all four particles are detected at large angle is presented. The excellent agreement observed between data and theory, in all the kinematical configurations which have been considered, provides a new and accurate test of Quantum Electrdynamics.