Plan de l

1
Physique hadronique au JLab

• Plan de lexposé
• 1/ Le JLab/CEBAF des sondes EM/Faible
• 2/ Programmes en cours et en projet avec
  lupgrade 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

2
Physique des Hadrons Contexte

• Objectifs physique
• Compréhension de linteraction 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
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 daccélérateurs 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
Ie 200 mA Pe 70-85 dp/p lt 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
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 lupgrade
• Masse des Mésons hybrides 1-3 GeV
• 8-9 GeV photons par bremsstrahlung cohérent
• Photons polarisés linéairement
• Polarisation linéaire maximum pour 2/3Ebeam
• Electrons de 12 GeV (en 5 1/2 tours)
• Nouvel Hall expérimental D

8
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 A2-4
• 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 délectrons polarisés
• Grands Q2 et x ? 1 (valence quarks)
• Règles de pQCD (scaling et hélicité)
• Comparaison avec théorie
• Hélicité nest 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 lt 0.5 fm !!

12
Facteurs de forme EM du deuton et A3, 4
Deuton à grand Q2 pQCD ou N-Meson ??

• Les difficultés
• B(Q) mesure à 180
• A2 à qq (GeV/c)2
• ? 10-41 cm2/sr !
• A3
• ? Q-32

13
Mesure des facteurs de forme faibles
Diffusion élastique et asymétrie de Violation de
Parité

• Mesure dune 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
Expériences PV dautres aspects de physique

• Facteur de forme axial
• Terme au 1er ordre (tree-level) GZA
• Facteur de forme anapolaire FA
• Processus dordre supérieur, multi-quarks, au
  niveau du nucléon
• Re corrections EW dordre 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
Expériences PV Mesures de Précision (II)

• Test du Modèle Standard
• Corrections radiatives Electroweak
• ? sin2?W varie avec Q
• Mesures basses énergies très compétitives
• E 158 (Moller), Cs (noyaux), Qweak (proton)
• Objectifs Qweak (proton) au Jlab
• Dsin2qW lt 0.0007 !

(Figure Thèse A. Vacheret-Saclay)
19
Questions et discussion ...