L'exprience COMPASS au CERN

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L'expérience COMPASS au CERN
F.Kunne CEA Saclay

• Spin du nucléon, contribution des quarks et des
  gluons
• COMPASS au CERN faisceau muons cible polarisée
• Mesure de DG
• Fonctions structure en spin, Transversité
• Autres résultats prod. r0, recherche
  pentaquark f, ...
• (gt2007 faisceau hadrons)
• 2010-2015 GPDs

GDR Physique subatomique et calculs sur réseau

Autrans. 6-7 juin 2005
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½ ½ ?S ?G ltLz gt
Spin du nucléon
quarks
gluons
moment orbital
?S Du Dd Ds
EMC, SMC, SLAC, HERMES
COMPASS, RHIC
?q(x) q(x) - q-(x)
Comment mesurer DS? Deep Inelastic polarisé
Photon absorbé par quark dhélicité opposée
(QPM)
fonction de structure en spin longitudinal
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DS et le premier moment de g1
EMC, SMC, SLAC, HERMES
Neutron decay gA/gV? a3
hyperon decay 3F-D? a8
a0 ? ?u?d?s???
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DS
½ ½ ?S ?G ltLzgt
?S ?G Lz

• Quarks constituants 1.
  0. 0.
• corr. relativistes 0.75
  0. 0.13
• QPM Ds 0 (Ellis-Jaffe) 0.60 0.
  0.2

? Contribution des quarks majoritaire

• En Deep Inelastic polarisé, mesure de g1 (fct de
  structure en spin)
• Premier moment de g1 relié à a0 (DS)
• ? Les expériences trouvent a0 0.2 -
  0.3
• très différent de ce
  quon attend

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Interprétation
Expériences de Deep Inelastic SLAC, EMC, SMC,
HERMES ? a0 0.2- 0.3 QPM a0 ?S
QCD a0 ?S (as/2p)nf ?G ?S et Ds dépendent
de ?G
Si a0 0.3, il faut DG 2.5 (et Lz - 2.3)
pour retrouver DS 0.6 ? Nécessité d'une
mesure directee de DG
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DG équations évolution de g1
Besoin de données plus précises de g1(x,Q2) et
meilleure couverture en x et Q2
polarisé g1p (Q2)
non polarisé - F2p (Q2)
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Collaboration COMPASS au CERN
Common Muon and Proton Apparatus
for Structure and Spectroscopy
Bielefeld, Bochum, Bonn (ISKP, PI), Burdwan
and Calcutta, CERN, Dubna, Erlangen, Freiburg,
Heidelberg, Helsinki, Lisbon, Mainz, Moscow
(INR, LPI, MSU), Munich (LMU, TU), Nagoya,
Prague, Protvino, CEA Saclay, Tel Aviv, Torino
(Univ., INFN), Trieste (Univ.,INFN), Warsaw
(SINS, TU) 220
physiciens, 26 instituts
Saclay 11 physiciens 2 postdocs 2 doctorants
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Fonction structure en spin g1 deuton
Nouvelles données COMPASS PLB 612 (2005) 154

• DIS inclusif
• Asymétrie spin longitudinal

• Mesure la plus précise 0.004 lt x lt 0.03
• Nouveau fit NLO QCD, précision sur a0
  améliorée facteur 2 (Q2 4 GeV2)
  

? DS 0.24 0.02
(0.20 0.04 sans données COMPASS)
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Détermination de ?G/G
Fusion photon gluon

• charme c ? D0 ? K p
• signal non ambigü de charme
  statistique limitée
• s 100nb, BR 4, identification kaon
• hadrons grand pT q q ? hh-
• bonne statistique interprétation
  plus compliquée

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?G/G - paires de hadrons à grand pT
-
Q2 gt 1 GeV/c2
PGF 33
résultat 2002-2003
DG/G 0.06 0.31 (stat) 0.06 (syst)
ltxggt 0.13
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Q2 lt 1 GeV/c2, bruit de fond additionnel
Q2 lt 1 10 fois plus de données, mais
incertitude supplémentaire structure en spin du
photon résolu

PGF


partie perturbative calculable partie
non-perturbative scenarios VMD min/max
MC simul PYTHIA
DG/G 0.024 0.089 (stat) 0.057 (syst)
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?G/G - Résultat COMPASS
x?G
Données COMPASS 2002-2003 Courbes analyses QCD
DG AAC00
1.2 BB02 (Bluemlein,B)
1.1 GRSV00 (Gluck, Reya) 1.0 LSS01 (Leader,)
0.6
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Mesures semi-inclusives ?u, Dd, Ds
p, K,...
m
p
X
Très prometteur, en particulier pour ?s
! Données à petit x essentielles, accessibles
seulement à COMPASS.
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Transversité h1q(x,Q2)
3 fonctions de structure pour décrire le spin du
nucléon au LO. ? toutes dégale importance !
F2(x)
g1(x)
h1(x)
?Tq(x) pas mesurable dans DIS inclusif
renversement dhelicité

• cible polarisée transversalement
• mesure semi-inclusive

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Transversité h1q(x,Q2)
3 méthodes explorées à COMPASS 1) Mesure
polarisation transverse ? 2) Dépendance
azimutale du plan contenant
leading et next to leading hadrons 3)
Asymétrie de Collins leading hadron h

?S (S) azimut du spin du quark fragmentant
avant (après) diffusion ?h azimut hadron
FC Fh FS p ACollins A0 A1 sin(FC)
h
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Sivers
Collins
Distributions transverses
spin-dependent part for hadronisation of a
transversely polarised quark q into a hadron h
Intrinsic kT dependence of the quark distribution
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Transversité résultats
A Collins
h
deuton COMPASS 2002 PRL 94 (2005) 202002 proton
HERMES
PRL 94 (2005) 012002
A Sivers
x
z

• COMPASS énergie élévée, x petit
• Compatible avec 0
• Compensation p-n ?
• HERMES
• A Collins negative
• A Sivers positive

h
Projections proton COMPASS 2006
x
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Recherche pentaquark F(1860)

• Motivation candidats pentaquarks F (ou
  ?--) vus par exp.NA49
• COMPASS bonne statistique de baryon ? (18000
  ?, 11000 ?) données 2002/3
• Recherche résonance ? p
• F(1860) ? ? p ? ?p p ? p ppp

q(1530)uudds
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Recherche pentaquark F(1860)
EPJ C41 (2005) 469

• Comparaison comptages
• Paires signe opposé ?(1530)0 ? ? p , 1700 and
  920 evts
• Paires même signe nb.evts lt79 et lt89 à
  99 CL

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Recherche pentaquark F(1860)

• Pour toutes les expériences même rapport ?0 / ?
  
• En supposant le rapport F/? fixe aussi, on
  attend 400 evts.
• Pas de pentaquark F(1860)
• au niveau annoncé par NA49

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Distributions partons généralisées
gt2010
muons cible H2 liq, réactions exclusives -
DVCS Deep Virtual Compton Scattering - HEMP
Hard Exclusive Meson Production
? mesurées simultanément
Ex DVCS section efficace à 190 GeV et à 100
GeV
? Mesure de lasymétrie beam charge, sensible
à interférence VCS-BH
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E190, 100GeV
dépendance Q2 ? factorisation
H1 / ZEUS
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Hard exclusive meson production
?,?,?, p,?,...
hard
1/Q6
soft
1/Q4
Production de r exclusifs à COMPASS
vector mesons pseudo-scalar mesons
g p ? r p

Atouts de COMPASS pour GPDs

• Muons polarisés et charges opposées
• Grand domaine en Q2
• Domaine xBJ 0.1

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Résultats de physique - muons
Cible polarisée longitudinalement

• DG/G hadrons grands pT (charme D0 à venir)
• DIS inclusif A1d
• DIS semi-inclusif Ds analyse en cours

Cible polarisée transversalement
Asymétries Collins et Sivert h et h-
Autres produits

• Production excl. de r0,
• Mésons f, J/y,
• hypérons L L

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Futur

• 2006
• - DG /G canal D0
• - spin transverse, cible p
• gt 2007 faisceau hadrons
• gt 2010 COMPASS bien placé pour mesurer GPDs

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Programme hadrons faisceaux p, K
100-300GeV
Polarisabilités pion et kaon
Spectroscopie mésons légers
Recherche excitations gluoniques (glueballs),
et exotiques (hybrids)
Prod. diffractive cible H2 40cm
Echange g
diff pomeron-pomeron Recherche états
f0(1370-1500-1710) et f2 (1900) vus par WA102
Prod. centrale
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• Spectroscopie baryons charmés excités
• Recherche baryons doublement charmés

états étroits excités D et Ds
cc-system vu par SELEX
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?G/G - charme
c
c

• c ? D0? Kp
• c ? D ? D0 ps ? Kpps
• Détection m m, K pp
• Masse invariante K p

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Détermination indirecte de DG
Analyses globales QCD NLO de g1(x,Q2) Duv(x)
et Ddv(x) bien contraints mais pas DG(x) ! forme
et intégrale indéterminées.
J.Blumlein H.Bottcher Q02 4 GeV2
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Ex DVCS Asymétrie Beam Charge
Sensible au terme interférence VCS-BH
''Beam Charge'' Asym
x0.05
Model 1 H(x,?,t) q(x) F(t)
Model 2 (Goeke et al.) partons grand x au cur
du nucléon partons petits x à la périphérie.
j
x0.10
?stat. pour 150 jours (2/18 de lensemble des
données)
j