Etude de la diffusion Compton virtuelle en régime profondément inélastique pour le dispositif expérimental COMPASS

Study of the deeply virtual Compton scattering for the COMPASS experimental setup

• Auteur / Autrice : Laurent Mossé
• Direction : Nicole D'Hose
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protons

Partons

Compton, Effet

Mots clés libres

@compasss

@Détecteur de recul

@Pion mou

Résumé

De nouvelles distributions de partons généralisées (GPD), introduites très récemment (1996), apparaissent dans la description de la structure interne du proton. Elles complètent les informations apportées par les distributions de partons usuelles et lient ces dernières aux facteurs de forme. Elles sont le sujet d'études extensives tant au niveau théorique qu'expérimental. Le processus de Diffusion Compton Virtuelle en régime profondément inélastique (DVCS) est particulièrement adapté à la mesure de ces nouvelles distributions. Il est possible d'utiliser le faisceau de muons de haute énergie ( ̃100GeV) et le dispositif expérimental COMPASS au CERN pour mesurer le processus DVCS. Cette thèse est consacrée à l'étude des GPD et du DVCS en général et à sa mesure à COMPASS en particulier. Après une étude du cadre théorique des GPD, la situation expérimentale dans le monde est présentée, et les enjeux d'une expérience à COMPASS sont soulignés. La faisabilité d'une telle expérience est alors validée par une simulation. Cette expérience repose sur le dispositif déjà existant et nécessite la construction d'un détecteur de recul hermétique, principalement pour assurer de façon systématique l'exclusivité de la mesure. Le calcul des taux de comptage attendus pour 6 mois de Prises de données permet de confirmer l'intérêt des mesures pour l'étude des GPD. Des tests d'un prototype de détecteur de recul, basé sur la mesure de temps de vol et fonctionnant dans l'environnement créé par le faisceau de muons à COMPASS, sont décrits et analysés. Un pion de faible impulsion produit dans l'état final et s'ajoutant au processus DVCS sera très difficilement détectable. Il est essentiel de s'assurer que ce processus ne perturbera pas de manière significative la mesure du processus DVCS. Une estimation théorique, basée sur la dérivation d'un théorème de pion mou est présentée.

Recently, new parton distributions called generalized parton distributions (GPD) appeared in the description of the internal structure of the nucleon. They enrich the pieces of information accessible through the usual parton distributions and connect the latter with the form factors. They are the subject of extensive theoretical as well as experimental studies. The Deeply Virtual Compton Scattering (DVCS) is the simplest process that gives access to these new distributions. It is possible to use the high energy muon beam (1̃00GeV) and the experimental setup of COMPASS at CERN to measure the DVCS process. This PhD thesis is devoted to the studies of GPD and DVCS in general and to its measurement at COMPASS in particular. After a study of the theoretical framework of GPD, the experimental situation in the world is presented, and light is shed on the stake of a DVCS experiment at COMPASS. The feasibility of such an experiment is then validated through a simulation. This experiment takes benefit of the existing apparatus and requires the construction of an hermetic recoil detector, mainly to insure systematically the exclusivity of the measurement. The calculation of the counting rates expected for a 6 months data taking period allows to confirm the interest of the measurements for the study of GPD. Tests of a recoil detector prototype, based on a time of flight measurement and operating in the noisy environment of the COMPASS muon beam, are described and analyzed. A pion of weak impulsion produced in the final state and adding to the DVCS process will be very hard to detect. It is of essential importance to insure that this process will not significantly disrupt the measurement of the DVCS process. A theoretical estimate, based on the derivation of a soft pion theorem is presented.