JRJC 2009 CEA-Saclay/IRFU/SPhN et la Fondation Nationale de Science. - PowerPoint PPT Presentation

Études sur Le Rôle de la Polarisation des Gluons dans le Spin Total du Proton Par la Production de Hadrons Astrid Morreale JRJC 2009 CEA-Saclay/IRFU/SPhN et la Fondation Nationale de Science.

SPIN INTRINS È QUE Le spin est une propriété quantique responsable du moment magnétique du proton. - Cette propriété est si fondamentale que sans elle nous n'existerions probablement pas. Le proton n'est pas une particule élémentaire: il est constitué de quarks et de gluons. Tout comme le proton, les quarks et gluons possèdent aussi la propriété de Spin. Un modèle simple peut décrire le proton comme un assemblage de trois quarks (appelés quarks de valence.) Toutes les propriétés du proton - dont le spin - sont partagées entre ces constituants. Mais.... En 1988, l' équipe europenne (EMC*) au CERN a obtenu des résultats expérimentaux indiquant que les trois quarks de valence ne sont responsables que d'une petite fraction du spin du proton : Le modéle du proton est bien plus compliqué. 2

Mod è le pQCD: Le spin du Nucl é on est subtile: les quarks (valence +mer), les gluons et leur moment angulaire contribuent au spin totale du Nucléon 3

Qui est responsable pour le spin du Proton? (Regle de la sommation des spin) - Δ G , Δ Σ = are the Longitudinal Spin. (Infinite Momentum Frame) : probabilities of finding a parton with spin parallel or 2 =S z = 1 1 2 ΔΣ +ΔG+L z anti parallel to the spin of a longitudinally polarized nucleon. W-production Exclusive -L z :orbital angular momenta (pp)‏ processes Double Spin (DVCS,etc)‏ of the quarks and gluons Asymmetries (pp,SIDIS)‏ - δ Σ : Difference of quarks with parallel and antiparallel Transverse Spin ?? polarization relative to Phys.Rev.D70:114001,2004 1 2 =S x = 1 transversely polarized proton Bakker, Leader, Trueman 2 δΣ+L x Chiral-odd Fragmentation Sivers effect?? functions (Collins,IFF, λ )‏ � G: Les outils principaux sont les mesures des asym é tries: A || , A LL

Principe de l'Mesures: A sym é tries . Théorème de la Factorisation: (N) Nombre d'ev é nements • (R) Luminosite • (P) Polarisation - 5

Section Efficace Non-polaris é e (le denominateur.) -La probabilité d'interaction d'une particule pour une réaction donnée. -Point de référence -Il aide a vérifie que le régime pQCD s'applique. (ou même vérifier les calculs théoriques LO, NLO NLL etc.) -Plus difficile à mesurer: Une connaissance détaillée et précise d'une méthode de détection.

Section Efficace: la Vérification dans le Modéle pQCD (A LL ) Vérifie la production des hadrons prévue dans pQCD factorisée consacré

Experience pQCD • RHIC @ New York : RELATIVISTIC HEAVY ION COLLIDER: 2 anneaux independants. Protons polarisés avant d’entrer en collision. • COMPASS @CERN (Prevessin): COMMON APPARATUS FOR MUON SPECTROSCOPY: Faisceau tertiaire de muons produits de collisions de protons accélérés dans le super synchrotron à protons du CERN: DIS.

Production de Hadrons au COMPASS et au RHIC μN→μ'h±X (DIS, postdoc) : La section efficace expérimentale représente la somme des contributions des photons directs et résolus. Cette somme est une quantité significative si elle est calculée au sein du meme schema de factorisation. Direct Resolu Qua rks :ch a rge colorée (R,B ,G) et élec trom a g nétiq ue. pp→π ± X (these) : Acess directe au Delta G. Energie plus haute qui guarantit une sonde d'interaction fort I --Choix du FF crucial. Increasing x, p T 11 0.5GeV/c 10GeV/c

Principe de l'experience I: Collisions entre protons-RHIC - Protons polarisés avant d’entrer en collision: les spins protons d’un même faisceau seront orientés préférentiellement dans une même direction. -Accès direct a la distribution polarisee du gluon. Production du pion (a fort moment transverse) provenant de collisions avec √s =200GeV -Diffèrentes sensibilités possibles avec des charges diffèrentes (π+ vs π-): Δu et Δd →accès au signe du ΔG via diffusion entre quarks et gluons (qg.) 9

Principe de l'experience II: Diffusion d'un lepton( µ ) sur un nucleon Compass@CERN Faisceau tertiaire de muons produits de collisions de protons accélérés dans le super synchrotron à protons du CERN. - Les muons de faisceau sont naturellement polarises. -Cible polarise: LiD ~0.5 - Photoproduction – bas Q 2 Production inclusive hadrons chargée. - lN � l'h ± X (Hadrons observe a haut p T ) 10

Asymétries + S. + S. Efficace Efficace au RHIC-PHENIX -ma these ‏ au RHIC-PHENIX -ma these ‏ Résultats Asymétries http://www.phenix.bnl.gov/WWW/publish/astrid/mythesis/Spires_Traslated/Public_Thesis.pdf These These A. Morreale A. Morreale L'incertitude provient de la méthode d'identification Et de l'incertitude du S.E inélastique totale (pp) 12

Asym é é tries encore. tries encore. Asym 13

Asym é é tries: Futures sensibilites au RHIC. tries: Futures sensibilites au RHIC. Asym Malheureusement, meme avec les prises de donnés les plus optimistes, la sensibilité est trés faible sans un déclenchement consacré et une amélioration dans son identification au sein d'autres détecteurs. 14

Travail en cours : COMPASS -Méthode similaire aux mesures de RHIC. -Des nouveaux calculs sont en cours sur la production des hadrons (chargés inclusif) et de pions chargés identifiés. -Les résultats seront inclus Dans l'analyse global des distributions polarisées du partons

Travail en cours :COMPASS Sensibilités Sensibilités prévues. prévues.

Notre But Notre But 1.Obtenir les asymétries et les S.E d'apres les donnees (μN) de compass. 2.Comparer avec des NLO calcules 3.Inclure nos résultats dans les analyses globales . Comprendre un peu plus le rôle joue par les gluons dans le spin total du proton. 17

Δ ΔG(x) Analyse Global  Les résultat obtenus dant divers canaux seront combinés en un seul résultat de Δ G(x)‏  Corrélations avec les autres PDFs pour chaque canal seront proprement comptes.  Chaque canal intégre sur un intervalle diffèrent en x . La combinaison des diffèrents canaux aiderait a réduire l'incertitude sur les fonctions de fragmentation.  Le modelé pQCD au NLO est-il satisfaisant ? 18

Ce Ce Qui Qui Nous Savais Nous Savais L'inclusion de l'abondance Des donnees de compass offrirait une grande contribution dans la recherche global du spin. Ceci nous aiderait a réduire les incertitudes provenant du les FF. Robuste pattern de mer SU3 Symétrie brisée ?? 19

Resume Resume • Le Nucleon est dotte d'une riche structure. • Bien qu'il y est une indication d'une petite contribution, plus de sondage doivent etre effectués afin de mieux analyser toutes les contributions dans les proton spin.. → La donne de compass . • Une analyse globale incluant toutes les données offertes par le monde scientifique doit etre entreprise a propos de l'extraction du delta G dans le domaine complet du x. • Compass peux nous aider a contraindre significativement le Delta G. 20

ME RCI! ME RCI!

EXTRA 22

NLO Calculations Would like to see the trend for compass. Check if the discrepancy exists at low sqrt(s). --->Re-summations

Relative Luminosity  Use BBCs at ± 1.5 m from the interaction point to measure bunch-by-bunch luminosity  L i =N i /( σ • Efficiency) , σ • Eff.=const.=22.9mb ± 9.7% • Use independent measurement from ZDCs ( ± 18m) to check for intrinsic luminosity asymmetry 25

Local Polarimetry • Use Zero Degree Calorimeter (ZDC) to measure a L-R and U-D asymmetry in forward neutrons (Acceptance: ±2 mrad). • When transversely polarized, we see clear asymmetry. • When longitudinally polarized, there should be no asymmetry. YELLOW YELLOW BLUE BLUE Idea: Use neutron asymmetry to study transversely polarized component. R R R R a a a a φ φ φ φ w w w w 26 a a a a s s s s y y y y m m m m

In the beginning there was Pauli Spin was first discovered in the context of the emission spectrum of alkali metals - "two-valued quantum degree of freedom" associated with th e electron in the outermost shell. In trying to understand splitting patterns and separations of line spectra, the concept of spin appeared. The Story of " it is indeed very clever but of course has nothing to do Spin By Sin-Itiro with reality ". W. Pauli Tomonaga

Splittings: The Stern-Gerlach Way Intrinsic angular momentum Protons, Neutrons, Electrons spin ½ (2 Possible Values) Delta Barions (Δ++, Δ+, Δ0, Δ−) are spin +3/2 particles (four possible values for spin angular momentum.) 2S+1 Values Vector Mesons, Photons, W, Z Bosons and Gluons, spin +1 (three possible values for spin angular momentum.)

Proton Spin Crisis Hold That Thought