l'expérience compass au cern

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L'expérience COMPASS au CERN F.Kunne CEA Saclay GDR Physique subatomique et calculs sur réseau Autrans. 6-7 juin 2005 • Spin du nucléon, contribution des quarks et des gluons COMPASS au CERN; faisceau muons +cible polarisée Mesure de G Fonctions structure en spin, Transversité Autres résultats: prod. 0 , recherche pentaquark , ... • (>2007 faisceau hadrons) • 2010-2015 : GPDs

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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 D G Fonctions structure en spin, Transversité Autres résultats: prod. r 0 , recherche pentaquark f , ... - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: L'expérience COMPASS au CERN

L'expérience COMPASS au CERNF.Kunne – CEA Saclay

GDR Physique subatomique et calculs sur réseau

Autrans. 6-7 juin 2005

• Spin du nucléon, contribution des quarks et des gluons

• COMPASS au CERN; faisceau muons +cible polarisée

Mesure de G

Fonctions structure en spin, Transversité

Autres résultats: prod. 0, recherche pentaquark , ...

• (>2007 faisceau hadrons)

• 2010-2015 : GPDs

Page 2: L'expérience COMPASS au CERN

F.Kunne

Autrans, 6-7 juin 2005

½ = ½ ΔΣ + ΔG + <Lz >

Spin du nucléonquarks

gluons

moment orbitalΔΣ = u + d + s EMC, SMC,

SLAC, HERMES…

COMPASS, RHIC

Comment mesurer ? Deep Inelastic polarisé

Photon absorbé par quark d’hélicité opposée

2/32/1

1 A1

A meastb fDPP

(QPM))(

)(

1

1

xF

xg

),( 21 Qxg fonction de structure en spin longitudinal

q(x)= q+(x) - q-(x)

Page 3: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

et le premier moment de g1

Neutron decay gA/gV a3

hyperon decay 3F-D a8

a0 u+d+sEMC, SMC, SLAC, HERMES

Page 4: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

½ = ½ ΔΣ + ΔG + <Lz>

• Quarks constituants ~ 1. 0. 0.

• +corr. relativistes ~ 0.75 0. 0.13

• QPM + s = 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 (

Les expériences trouvent a0 ~ 0.2 - 0.3

très différent de ce qu’on attend…

ΔΣ ΔG Lz

Page 5: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

Expériences de Deep Inelastic SLAC, EMC, SMC, HERMES a0 ~ 0.2- 0.3

QPM: a0 = ΔΣ

QCD: a0 = ΔΣ –(

s/2)nf

ΔG

ΔΣ et s dépendent de ΔG

Interprétation

Si a0 = 0.3, il faut G ~ 2.5 (et Lz ~ - 2.3) pour retrouver ~ 0.6

Nécessité d'une mesure directee de G

Page 6: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

polarisé – g1p (Q2) non polarisé - F2

p (Q2)

Besoin de données plus précises de g1(x,Q2) et meilleure couverture en x et Q2

G & équations évolution de g1

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Autrans, 6-7 juin 2005

Collaboration COMPASS au CERNCommon Muon and Proton Apparatus

for Structure and Spectroscopy

Saclay : 11 physiciens +2 postdocs+ 2 doctorants

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

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Autrans, 6-7 juin 2005

• DIS inclusif • Asymétrie spin longitudinal

Fonction structure en spin g1 deuton

• Mesure la plus précise 0.004 < x < 0.03

• Nouveau fit NLO QCD, précision sur a0 améliorée facteur 2 (Q2 = 4 GeV2)

Nouvelles données COMPASS: PLB 612 (2005)

154

= 0.24 0.02

(0.20 0.04 sans données COMPASS)

Page 9: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

Détermination de ΔG/G

Fusion photon gluon

qqg •charme c D0 K

signal non ambigü de charme statistique limitée: nbBR, identification kaon

•hadrons grand pT q q h+h-

bonne statistique interprétation plus compliquée

Page 10: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

-

ΔG/G - paires de hadrons à grand pT

h

hLeading process

h

h Gluon radiation

h

h

Photon Gluon Fusion (PGF)

Q2 > 1 GeV/c2

résultat 2002-2003:

PGF ~ 33 %

G/G = 0.06 ± 0.31 (stat) ± 0.06 (syst) <xg> ~ 0.13

Page 11: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

Q2 < 1 GeV/c2, bruit de fond additionnel

Q2 < 1 10 fois plus de données, mais incertitude supplémentaire: structure en spin du photon résolu

MC simul PYTHIA

PGF

+ …+

+… +

+ …

partie perturbative : calculablepartie non-perturbative: scenarios VMD min/max

G/G = 0.024 ± 0.089 (stat) ± 0.057 (syst)

Page 12: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

ΔG/G - Résultat COMPASS

Données COMPASS 2002-2003Courbes: analyses QCD

xΔG

GAAC00 1.2BB02 (Bluemlein,B) 1.1GRSV00 (Gluck, Reya…) 1.0LSS01 (Leader,…) 0.6

Page 13: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

Mesures semi-inclusives u, d, s

Très prometteur, en particulier pour Δs !

Données à petit x essentielles, accessibles seulement à COMPASS.

p

X

Page 14: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

Transversité h1q(x,Q2)

3 fonctions de structure pour décrire le spin du nucléon au LO.

toutes d’égale importance !

• cible polarisée transversalement• mesure semi-inclusive

F2(x)

g1(x)

h1(x)

Tq(x) pas mesurable dans DIS inclusif: renversement d’helicité

Page 15: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

3 méthodes explorées à COMPASS:

1) Mesure polarisation transverse Λ 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) diffusionh = azimut hadron

h

'Ts

'S

Transversité h1q(x,Q2)

C = Φh + ΦS – π

ACollins = A0 ± A1 sin(ΦC)

Page 16: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

Intrinsic kT dependence of the quark distribution

Coll10hh sinΦA1NN

CollT1 ADPfA SivT1 ADPfA

Siv10hh sinΦA1NN

qhq

Dq2q

e

qhq

D0T

ΔqT

Δ2q

e

CollA

Sivers

hq

D0T

Δspin-dependent part for hadronisation of a transversely polarised quark q into a hadron h

Ssin).

2T

k(x, qT0

)2

Tk(x,

q)k(x,

Tq T

Collins

qhq

Dq2q

e

qhq

DqT0

Δ2q

e

SivA

Distributions transverses

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Transversité résultats

deuton COMPASS 2002PRL 94 (2005) 202002

proton HERMES

Projections proton COMPASS 2006

A Sivers

A Collins

x z

x

COMPASS : énergie +élévée, x + petit• Compatible avec 0• Compensation p-n ?

HERMES• A Collins negative• A Sivers positive

h+

h+

PRL 94 (2005) 012002

Page 18: L'expérience COMPASS au CERN

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• Motivation: candidats pentaquarks Φ– – (ou Ξ--) vus par exp.NA49

– COMPASS : bonne statistique de baryon Ξ (18000 Ξ–, 11000 Ξ+) données 2002/3

– Recherche résonance Ξ– π–

Φ(1860)– – → Ξ– π– → Λπ– π– → p π–π–π–

(1530)+uudds

(1860)--ddssu

Recherche pentaquark Φ(1860)

Page 19: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

Recherche pentaquark Φ(1860)

• Comparaison comptages

– Paires signe opposé: Ξ(1530)0 → Ξ– π+ , 1700 and 920 evts– Paires même signe: nb.evts <79 et <89 à 99% CL

EPJ C41 (2005) 469

Ξ(1530)0

Ξ(1530)0

Page 20: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

Pour toutes les expériences ~même rapport Ξ0 / Ξ–

En supposant le rapport Φ/Ξ– fixe aussi, on attend 400 evts.

Pas de pentaquark Φ(1860) au niveau annoncé par NA49

~ 400

Recherche pentaquark Φ(1860)

Page 21: L'expérience COMPASS au CERN

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Distributions partons généralisées muons +cible H2 liq, réactions exclusives :

- DVCS Deep Virtual Compton Scattering

- HEMP Hard Exclusive Meson Production

mesurées simultanément…

p’

e’

p

H,E,H,E~ ~ q’qfactorisation

Ex: DVCS section efficace à 190 GeV…

et à 100 GeV Mesure de

l’asymétrie ’’beam charge’’, sensible à interférence VCS-BH

>2010

Page 22: L'expérience COMPASS au CERN

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Autrans, 6-7 juin 2005

E=

190,

100G

eV

lumi x 2

lumi x 5

+ H1 / ZEUS

dépendance Q2 factorisation

Page 23: L'expérience COMPASS au CERN

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meson

p p’GPDs

γ*

x + ξ x - ξ

t =Δ2

L1/Q6hard

soft

vector mesons pseudo-scalar mesons

ρ,ω,…, π,η,...

Hard exclusive meson production

1/Q4

Production de exclusifs à COMPASS* p p

• Muons polarisés et charges opposées

• Grand domaine en Q2

• Domaine xBJ ~ 0.1

Atouts de COMPASS pour GPDs:

Page 24: L'expérience COMPASS au CERN

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Résultats de physique - muons

• G/G hadrons grands pT (+charme D0 à venir)

• DIS inclusif A1d

• DIS semi-inclusif : s analyse en cours

Asymétries Collins et Sivert h+ et h-

• Production excl. de 0,

• Mésons , J/,

• hypérons

Cible polarisée longitudinalement

Cible polarisée transversalement

Autres produits

Page 25: L'expérience COMPASS au CERN

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Futur

-20062006 : :

-- G /GG /G canal Dcanal D00

- spin transverse,- spin transverse, ciblecible pp

> 2007 > 2007 : : faisceau faisceau hadronshadrons

> 2010 : > 2010 : COMPASS bien placé pour mesurerCOMPASS bien placé pour mesurer GPDsGPDs

Page 26: L'expérience COMPASS au CERN

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Programme ‘’hadrons’’: faisceaux, K 100-300GeV Polarisabilités pion et kaon

Spectroscopie mésons légersRecherche excitations gluoniques (‘glueballs’), et exotiques (‘hybrids’)

Prod. diffractive cible H2 40cm Echange

Prod. centralediff pomeron-pomeron

Recherche états f0(1370-1500-1710) et f2 (1900) vus par WA102

Page 27: L'expérience COMPASS au CERN

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• Spectroscopie baryons charmés excités

• Recherche baryons doublement charmés

cc-system vu par SELEX

états étroits excités D et Ds

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ΔG/G - charme

c D0 K

c D* D0 s Ks

• Détection : ’, K • Masse invariante K

c

c

1274 D0

S/B = 0.9

MK–MD° (2002+2003)

Page 29: L'expérience COMPASS au CERN

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Analyses globales QCD NLO de g1(x,Q2) :

uv(x) et dv(x) bien contraints

mais pasG(x) !

forme et intégrale indéterminées.

J.Blumlein & H.Bottcher Q02 = 4

GeV2

11)(1

0 dxxG

Détermination indirecte de G

Page 30: L'expérience COMPASS au CERN

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Ex: DVCS Asymétrie ’’Beam Charge’’

''Beam Charge'' Asym

Model 2 (Goeke et al.) partons grand x au cœur du nucléon; partons petits x à la périphérie.

Model 1: H(x,ξ,t) ~ q(x) F(t)

stat. pour 150 jours(2/18 de l’ensemble des données)

μμ σσr

μμ σσr

x=0.05

x=0.10

Sensible au terme interférence VCS-BH