Jefferson Lab (JLab)
La collaboration entre notre groupe de physique hadronique et le laboratoire américain Jefferson Lab (JLab) a commencé en 1997. L’objet de cette collaboration est l’étude de la structure du nucléon en particulier par la mesure des Distributions de Partons Généralisées (GPD), qui peut être entreprise grâce à l’accélérateur d’électrons polarisés de haute intensité de JLab.
Les Distributions de Partons Généralisées (GPD)
La compréhension de la structure des hadrons (proton, neutron, noyaux) en termes de quarks et de gluons est un des plus importants défis de la recherche actuelle à l’intersection de la physique nucléaire et de la physique des particules. Le formalisme des Distributions de Partons Généralisées procure une description universelle de la structure partonique des hadrons. Dans un certain régime cinématique, les GPD se ramènent aux distributions de partons ordinaires — décrivant la distribution d’impulsion longitudinale des quarks dans le nucléon — et aux facteurs de forme — décrivant la distribution spatiale des courants dans le nucléon. Les GPD représentent les corrélations entre partons dans différents états quantiques. Elles peuvent s’interpréter comme des distributions, dans le plan transverse au déplacement, des partons portant une certaine impulsion longitudinale. La connaissance simultanée de l’impulsion longitudinale et de la position transverse permet de relier les GPDs au moment angulaire des quarks ou des gluons.
La détermination des GPD est ainsi clef pour éclaircir ce qu’on a communément appelé la “crise du spin”, c’est-à-dire les mesures indiquant que les quarks ne portent que de 20% à 30% du spin du nucléon. Les GPDs permettent d’estimer le moment orbital des quarks, qui est un ingrédient fondamental pour la résolution de ce problème. La richesse d’informations contenue dans les GPD se traduit dans leur complexité : pour chaque saveur de quark (u, d, s), il y a, au premier ordre en QCD, 4 GPDs, chacune dépendant de trois variables cinématiques indépendantes. Expérimentalement, on peut accéder aux GPDs par la diffusion d’électrons sur le proton ou le neutron, dans des réactions exclusives (où tout l’état final de la réaction est identifié) “dures”, c’est-à-dire où la masse du photon virtuel échangé (Q2) est bien plus grande que la masse du nucléon-cible. Le processus le plus simple est la diffusion Compton profondément virtuelle (en anglais “Deeply virtual Compton scattering”, DVCS), correspondant à l’électro-production d’un photon sur un des quarks du nucléon (eN->eNgamma). Des mesures de plusieurs observables (sections efficaces polarisées et non-polarisées, asymétries de spin-faisceau et spin-cible, etc…) pour le DVCS sont nécessaires pour pouvoir établir des contraintes sur les GPDs. Les GPDs sont aussi accessibles dans l’électroproduction dure de mésons.
Le Collisionneur Électron-Ion (Electron Ion-Collider, EIC)
Le collisionneur électron-ion sera composé de deux accélérateurs, l’un produisant un faisceau intense d’électrons, l’autre un faisceau de protons de haute énergie ou de noyaux atomiques plus lourds. Les deux faisceaux se rencontreront en plusieurs points d’interaction où des détecteurs seront installés. Cette installation permettra de réaliser des expérimentations à une énergie bien supérieure à celle du JLab et d’étendre ainsi notre programme scientifique sur les GPD dans des régions actuellement inaccessibles.
Liens
Liste des collaborateurs de l'équipe JLab/EIC (lien annuaire in2p3)
Site web Jefferson Lab
Site web EIC