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Tomographie des gluons avec la production exclusive de mésons vecteurs

Physique corpusculaire et cosmos Physique des particules Physique nucléaire

Résumé du sujet

Thèse : Tomographie des gluons avec la production exclusive de mésons vecteurs

La compréhension de l'origine de la masse, du spin et de la structure des nucléons (c'est-à-dire des protons et des neutrons) à partir de leurs constituants élémentaires (quarks et gluons, collectivement appelés partons) fait partie des questions sans réponse de la physique des particules. Le cadre théorique des distributions généralisées de partons (GPD) code la structure tridimensionnelle d'un nucléon et son étude fournira des indications sur l'origine des propriétés fondamentales des protons et des neutrons.

Expérimentalement, la méthode la plus propre pour étudier la structure interne des nucléons est de les collisioner avec des électrons à haute énergie. Des chercheurs du CEA/Irfu sont porte-paroles des expériences en cours au Jefferson Lab (JLab) aux États-Unis, où un faisceau d'électrons à courant élevé d'une énergie allant jusqu'à 11 GeV entre en collision avec des cibles fixes de plusieurs types; Ils sont aussi porte-parole des futures expériences au Collisionneur d'électrons et d'ions (EIC), l'énergie dans le centre de masse du système électron-proton atteindra 140 GeV. Les luminosités élevées disponibles au JLab et au futur EIC permettent d'étudier les propriétés des nucléons avec une grande précision statistique, notamment par le biais de processus rares.

Contrairement aux attentes naïves, il a été démontré que ce ne sont pas les quarks, mais plutôt les gluons qui contribuent le plus à la masse et au spin des nucléons. Il est donc crucial de caractériser précisément la distribution des gluons afin de comprendre pleinement les propriétés des nucléons. En particulier, les connaissances actuelles sur les GPD des gluons sont plutôt limitées. Les GPD sont accessibles par l'étude de processus exclusifs où toutes les particules de l'état final sont détectées, et plus spécifiquement, la production exclusive de mésons vecteurs tels que les mésons rho, phi et omega est particulièrement sensible aux GPDs de gluons.

Le but de cette thèse sera d'analyser les données prises avec l'expérience CLAS12 au JLab en se concentrant sur les mesures de la production de mésons exclusifs. Étant donné la taille importante des ensembles de données, l'étudiant aura l'occasion de développer et d'appliquer des algorithmes d'intelligence artificielle pour améliorer la reconstruction et la sélection des événements. Des études approfondies sur des données simulées seront nécessaires pour comprendre pleinement les données, pour implémenter et optimiser les algorithmes de sélection des évènements et pour maîtriser les éventuelles incertitudes systématiques. A partir de l'expérience acquise par l'analyse des données CLAS12, le candidat participera également aux études de simulation pour la faisabilité et l'optimisation des futurs détecteurs de l'EIC pour l'électro-production exclusive de mésons vecteurs à hautes énergies.

La thèse sera réalisée au sein du Laboratoire de Structure des Nucléons du Département de Physique Nucléaire du CEA/Irfu. Le laboratoire est composé à la fois d'expérimentateurs et de théoriciens : les interactions fréquentes rendent l'environnement de travail très enrichissant.

Des connaissances en physique des particules et en informatique permettraient au candidat de participer rapidement et activement à l'effort d'analyse des données. Des connaissances de base sur les détecteurs de particules seraient également un avantage pour comprendre efficacement le dispositif expérimental utilisé pour la collecte des données.

L'étudiant aura également l'occasion de collaborer avec plusieurs chercheurs tant au niveau local (comme l'IJCLab à Orsay et le CPHT à l'École Polytechnique) qu'international. L'étudiant fera partie de la collaboration CLAS et rejoindra également le groupe d'utilisateurs de l'EIC, nécessitant des voyages fréquents aux USA pour la prise de données et des conférences. L'étudiant aura l'opportunité de présenter le résultat de ses recherches lors de conférences inter nationales.

Laboratoire

Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service de Physique Nucléaire
Laboratoire structure du nucléon (LSN)
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