Thèse soutenue

Étude des interactions hadron-hadron en théorie effective des champs
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Auteur / Autrice : Junxu Lu
Direction : Bachir MoussallamLi-Sheng Geng
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique hadronique
Date : Soutenance le 17/12/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Beihang university (Pékin)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
Jury : Président / Présidente : Qing Wang
Examinateurs / Examinatrices : Feng-Kun Guo, Cong-Feng Qiao, Han-Qing Zheng, Qiang Zhao
Rapporteurs / Rapporteuses : Feng-Kun Guo, Norbert Kaiser

Résumé

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Les progrès techniques dont ont bénéficié les accélérateurs de particules ainsi que les détecteurs ont permis aux expérimentateurs de collecter des résultats sur un grand nombre d'interactions hadron-hadron, avec de grandes statistiques auprès d’accélérateurs tels que KEK, LHC, BEPC. Parmi les nombreuses approches utilisées pour décrire les interactions hadron- hadron à basse énergie, celles qui se basent sur la théorie effective des champs (EFT) deviennent les plus populaires. La théorie fondamentale des interactions fortes, la QCD, est perturbative aux grandes énergies (liberté asymptotique) mais pas aux basses énergies où la physique associée est dominée par le couplage fort et le confinement. Dans ce cadre, la brisure spontanée de la symétrie chirale est prise en compte et un développement perturbatif chiral est possible sur lequel sont également applicables des méthodes d'unitarisation. Des règles de comptage en puissance peuvent être introduites qui permettent la description d’une interaction hadron-hadron ordre par ordre. On peut ainsi améliorer la description de manière systématique et faire une évaluation des incertitudes. Dans le présent travail, nous présentons tout d’abord brièvement les idées de base de la théorie effective des champs. Nous étudions ensuite trois processus de diffusion hadron-hadron, ayant chacun un intérêt particulier, dans le cadre de l’EFT. Nous montrerons ainsi la capacité de cette approche à expliquer les observables mesurées et de plus, à faire des prédictions sur des quantités qui ne le sont pas encore. Première partie : Dans cette partie nous examinons la possibilité d’engendrer des résonances dans les interactions entre un baryon charmé ou un baryon bottom et un boson de Goldstone en utilisant un développement chiral unitarisé et en exploitant la symétrie approximative de quark lourd. Nous comparons plusieurs méthodes de régularisation pour l’intégrale de la fonction a deux points. A l’ordre dominant, l’unique paramètre de la théorie est fixé de manière a reproduire les états Λc(2595). Cette étude est ensuite étendue de manière à inclure les contributions sous-dominantes. Par ailleurs, nous avons étudié la structure du Λc(2595) en utilisant le critère d'état composite de Weinberg ainsi que le développement en grand Nc. Deuxième partie : Dans cette partie nous calculons les amplitudes d’interaction entre mésons légers et baryons de l'état fondamental dans le cadre de la théorie de perturbation chirale baryonique (BChPT) covariante et du groupe de saveur SU(3) à l'ordre d'une boucle. Nous appliquons la méthode dite sur-couche étendue qui permet d'absorber à la fois les divergences ultra-violettes et les contributions qui violent la règle de comptage en puissances. Nous avons effectué, pour la première fois, un fit combiné des déphasages piN et KN. De plus, nous effectuons un fit global simultanément des déphasages méson-nucléon et des masses des baryons et nous trouvons un bon accord avec les données expérimentales. A la fin de cette partie nous discutons en détail les propriétés de convergence de la BChPT covariante. Troisième partie : Dans cette partie nous étudions l'amplitude d'interaction d'une paire méson- méson dans l'isospin I=1 via le processus de production par des collisions photon-photon. Nous construisons les amplitudes de production en résolvant les équations d'Omnès-Muskhelishvili qui sont basées sur les propriétés générales d'analyticité et d'unitarité. Les mesures expérimentales de sections efficaces γγ→πη; et γγ→KS KS de haute statistique effectuées récemment par la collaboration Belle nous permettent de contraindre les paramètres de notre modèle d’amplitude méson-méson (deux solutions sont trouvées) et d’en déduire les propriétés des résonances a₀(980) et a₀(1450) d’après leur position dans le plan complexe en énergie.