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Thèse Année : 2021

Study of Deeply Virtual Compton Scattering at COMPASS at CERN

Etude de la diffusion Compton profondément virtuelle dans l’expérience COMPASS au CERN

Résumé

Although protons and neutrons are known to be the main constituents of the visible matter in the universe, they still remain nowadays a conundrum in modern physics. These constituents of matter are actually made out of quarks and gluons (gathered under the denomination of partons), and are governed by the laws of quantum chromodynamics (QCD). Nevertheless at energies close to the proton mass, the usual perturbative methods cannot be used, and the partons dynamics is therefore orchestrated by structure functions called Generalised Partons Distributions (GPDs). These functions provide information on the longitudinal momentum and transverse position of quarks and gluons, including their correlations. GPDs can be studied through the Deeply Virtual Compton Scattering process (DVCS), where the proton is probed by a virtual photon, in order to produce a real photon in the final state and a recoil of the proton remaining intact.In particular, this process is studied in the COMPASS experiment at CERN, where a polarised muon beam of 160 GeV interacts on a liquid hydrogen target. All the involved particles are detected in this process: the magnetic guidance system before the target allows to measure the incident muon, while the diffracted muon and the photon are detected in the forward spectrometer and the three electromagnetic calorimeters. The recoiled proton is detected in a time of flight detector placed around the target. This thesis shows the most recent results on the DVCS analysis in the COMPASS experiment, based on the 2016 and 2017 data taking. After the introduction of GPDs and their link with the DVCS process, the experimental situation will be depicted. In particular, the emphasis will be put on the calibrations of the time of flight detector and the electromagnetic calorimeters. In addition, an optimisation procedure called kinematic fitting will be detailed in order to improve the measured resolutons on the observables. A detail comparison between the data and a Monte Carlo simulation will be performed in the purpose of accessing the DVCS cross section. The results will be finally shown and discussed.
Les protons et neutrons sont les constituants principaux de la matière visible de l'univers, mais restent néanmoins encore aujourd'hui une énigme dans la physique moderne. Ces composants de la matière sont en réalité constitués de particules élémentaires appelés quarks et gluons (regroupés sous le terme générique de partons), dont la dynamique et les interactions sont orchestrées par la chromodynamique quantique (QCD). Cependant aux énergies proches de la masse du proton, les méthodes perturbatives usuelles ne peuvent être employées, et la dynamique des partons est par conséquent régie par des fonctions de structure appelées distributions de partons généralisées (GPDs). Ces fonctions modélisent en particulier la position transverse et le moment longitudinal des quarks et gluons ainsi que les corrélations associées. Les GPDs peuvent être étudiées au travers de la diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS) : il s'agit d'un processus exclusif où le proton est sondé au moyen d'un photon virtuel, pour produire dans l'état final un photon réel tout en laissant le proton intact. Ce processus est notamment étudié dans le cadre de l'expérience COMPASS au CERN, où un faisceau de muons polarisés à 160 GeV interagit sur une cible d'hydrogène liquide. Aussi toutes les particules présentes au sein du processus sont détectées : le système de guidage magnétique avant la cible permet de mesurer le muon incident, tandis que le muon diffracté et le photon sont détecté au sein du spectromètre COMPASS et dans les trois calorimètres électromagnétiques. Le proton de recul est quant à lui mesuré à l'aide d'un détecteur de temps de vol placé autour de la cible. Cette thèse présente les résultats actuels de l'analyse du processus DVCS au sein de l'expérience COMPASS sur les données collectées en 2016 et 2017. Après une introduction sur la théorie des GPDs et leur lien avec le processus DVCS, le contexte expérimental du sujet sera traité. En particulier l'accent sera mis sur la calibration du détecteur de temps de vol et des calorimètres électromagnétiques, ainsi que sur une technique d'optimisation permettant l'ajustement cinématique des observables mesurées. Une comparaison détaillée des données sera faite avec une simulation Monte Carlo afin de permettre l'extraction de la section efficace DVCS, dont les résultats seront présentés discutés.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03612938 , version 1 (18-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03612938 , version 1

Citer

Brian Ventura. Study of Deeply Virtual Compton Scattering at COMPASS at CERN. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Université Paris-Saclay, 2021. English. ⟨NNT : 2021UPASP125⟩. ⟨tel-03612938⟩
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