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  1. 1. SOUTENANCE DE THÈSE Mesure de la section efficace d'électroproduction de photons sur le neutron à Jefferson Lab Camille Desnault – 17 Septembre 2015
  2. 2. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 2 • Introduction • Calibration en énergie du calorimètre • Sélection des données d'analyse : – Contrôle de la qualité des données – Sélection des données DVCS – Sélection des données DVCS neutron • Extraction des observables : – Méthode d'extraction – Résultats d'analyse : sections efficaces, observables extraites – Etude systématique • Conclusions / Perspectives Plan
  3. 3. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 3 Introduction • Exemples de diffusion d'électrons : – Diffusion élastique – Diffusion profondément inélastique – Diffusion Compton profondément virtuelle Q² = -(e-e')² N e e' γ* • Comprendre la matière à sa plus petite échelle – Molécule Atome→ – Noyau de l'atome Nucléon (début du→ XXème siècle) • Etude de la structure interne des nucléons – Partons (quarks, gluons) (dès 1950) • Outil puissant pour sonder la structure interne des nucléons : – Diffusion d'électrons sur le nucléon • Caractérisées par Q² : – Transfert d'impulsion de l'électron e au nucléon N – Virtualité du photon γ* de l'interaction e N↔ – Résolution de la sonde
  4. 4. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 4 • Diffusion élastique : e (k) + N (p) e' (k') + N' (p')→ Contexte Théorique (1/4) • Facteurs de Forme (FF): Transformées de Fourier des distributions spatiales de charge et magnétisation du nucléon Traduit la nature non-ponctuelle du nucléon Q² = -(k-k')² t = (p'-p)² • Diffusion profondément inélastique : e (k) + N (p) e' (k') + X→ • Fonctions de distributions de partons (PDF): Densités de probabilité de trouver un parton de fraction x d'impulsion longitudinale du nucléon Q² = -(k-k')² >> M² W² = (p+q1 )² >> M² • x = variable de Bjorken : XB = Q² / 2 (p.q1 ) t : transfert d'impulsion au carré du nucléon t = - Q² M : masse du nucléon W² : masse invariante au carré de l'état final X
  5. 5. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 5 • Diffusion Compton Profondément Virtuelle (DVCS) : e (k) + N (p) e' (k') + N' (p') +→ γ (q2 ) Contexte Théorique (2/4) Δ² = t = (p'-p)² Q² = -(k-k')² Régime perturbatif Régime non-perturbatif • A grand Q² (Q² >> M²) : Théorème de factorisation : Séparation de l'amplitude DVCS en deux parties “dure” et “molle” • Distributions généralisées de partons (GPDs): Corrélation entre les distributions spatiale transverse et d'impulsion longitudinale du quark dans le nucléon 4 GPDs : Hq (x,ξ,t) Eq (x,ξ,t) Ĥq (x,ξ,t) Êq (x,ξ,t) Définies pour chaque saveur de quark q Correspondent aux différentes configurations d'hélicités quark-nucléon • x-ξ (x+ξ) : fraction d'impulsion longitudinale initiale (finale) du quark dans le nucléon Diagramme du DVCS (ordre et twist dominants)
  6. 6. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 6 • Des observables aux GPDs : Contexte Théorique (3/4) CI (F ) = F1 H + xB 2−xB (F1+F2) ̃H − Δ2 4M 2 F2 E Observable = Combinaison de Facteurs de Forme Compton (CFFs) E=P ∫0 1 dx ( 1 x−ξ + 1 x+ξ )[E(x, ξ,t)−E(−x ,ξ,t)]−i π[E(ξ,ξ,t)−E(−ξ,ξ, t)] ℝe E ℑm E Facteur de Forme Compton (CFF) = Fonction de convolution de GPDs • F2 >> F1 : Contribution de la GPD E importante dans les données DVCS neutron
  7. 7. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 7 • DVCS sur le neutron : – Permet la séparation des GPDs de saveurs de quarks différentes : Contexte Théorique (4/4) 1 2 ∫−1 1 dx x [Hq (x ,ξ,t=0) + Eq (x,ξ ,t=0)] = Jq 1 2 = 1 2 ∑ q Δq +∑ q Lq + Jg Règle de somme de Ji Puzzle du spin du nucléon Contribution de spin des quarks q Moment angulaire orbital des quarks q Moment angulaire des quarks q 25 % du spin du nucléon ??? – Sensibilité à la GPD E qui permet la mesure du moment angulaire des quarks Jq Hp (ξ ,ξ,t)= 4 9 Hu (ξ,ξ ,t)+ 1 9 Hd (ξ ,ξ,t) H n (ξ ,ξ ,t)= 4 9 H d (ξ ,ξ,t)+ 1 9 H u (ξ ,ξ ,t)
  8. 8. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 8 • Contraintes expérimentales vers l'accès aux GPDs : – GPDs interviennent dans l'amplitude DVCS – Pas de mesure directe de l'amplitude DVCS à cause de son interférence avec le Bethe-Heitler (BH) – Mesure de l'amplitude totale du processus en e'n'→ γ : Théorie Expérience (1/4)↔ σ(en→e'n'γ) ∝∣DVCS∣2 (GPD2 ) + ∣BH∣2 (FF2 ) + I(DVCS.BH)(FF⋅GPD) Dépend des GPDs du neutron Dépend des FF du neutron Diagrammes du BH : Diffusion élastique avec émission d'un γ par l'électron incident ou diffusé Dépend des FF et GPDs du neutron
  9. 9. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 9 • Accès aux GPDs via la mesure de σ(en e'n'→ γ) non-polarisée : – Soustraction de la contribution connue du BH (dépend des FF du nucléon) Théorie Expérience (2/4)↔ σ(en→e'n'γ) ∝∣DVCS∣2 (GPD2 ) + ∣BH∣2 (FF2 ) + I(DVCS.BH)(FF⋅GPD)
  10. 10. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 10 • Accès aux GPDs via la mesure de σ(en e'n'→ γ) non-polarisée : – Extraction des observables des amplitudes |DVCS|² et I(DVCS.BH) Théorie Expérience (3/4)↔ ∣DVCS∣ 2 = Γ DVCS c0 DVCS + Γ DVCS c 1 DVCS cos(φ) I(DVCS.BH) = Γ I c 0 I + Γ I c1 I cos(φ) + Γ I c2 I cos(2 φ) σ(en→e'n'γ) ∝∣DVCS∣2 (GPD2 ) + ∣BH∣2 (FF2 ) + I(DVCS.BH)(FF⋅GPD) Dépendance angulaire des termes |DVCS|² et I(DVCS.BH) • Angle Φ entre les deux plans du processus eN e'N'→ γ : – Plan leptonique (e e' +→ γ*) – Plan hadronique (γ* N' +→ γ)
  11. 11. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 11 • Accès aux GPDs via la mesure de σ(en e'n'→ γ) non-polarisée : – Extraction des observables des amplitudes |DVCS|² et I(DVCS.BH) Théorie Expérience (3/4)↔ ∣DVCS∣ 2 = Γ DVCS c0 DVCS + Γ DVCS c 1 DVCS cos(φ) I(DVCS.BH) = Γ I c 0 I + Γ I c1 I cos(φ) + Γ I c2 I cos(2 φ) σ(en→e'n'γ) ∝∣DVCS∣2 (GPD2 ) + ∣BH∣2 (FF2 ) + I(DVCS.BH)(FF⋅GPD) Dépendance angulaire des termes |DVCS|² et I(DVCS.BH) c0 I = Γ0 ⋅ℝe CI (F ) + Γ0 '⋅[ℝe CI (F )+ℝe ΔCI (F )] c1 I = Γ1⋅ℝe CI (F ) c2 I = Γ2⋅ℝe CI (Feff ) Harmoniques • 3 Observables à extraires : Parties réelles de combinaisons de CFFs
  12. 12. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 12 • Accès aux GPDs via la mesure de σ(en e'n'→ γ) non-polarisée : – Extraction des observables des amplitudes |DVCS|² et I(DVCS.BH) Théorie Expérience (3/4)↔ ∣DVCS∣ 2 = Γ DVCS c0 DVCS + Γ DVCS c 1 DVCS cos(φ) I(DVCS.BH) = Γ I c 0 I + Γ I c1 I cos(φ) + Γ I c2 I cos(2 φ) σ(en→e'n'γ) ∝∣DVCS∣2 (GPD2 ) + ∣BH∣2 (FF2 ) + I(DVCS.BH)(FF⋅GPD) Dépendance angulaire des termes |DVCS|² et I(DVCS.BH) Même contributions angulaires des observables des termes |DVCS|² et I(DVCS.BH)
  13. 13. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 13 • Accès aux GPDs via la mesure de σ(en e'n'→ γ) non-polarisée : – Extraction d'observables effectives selon Φ : Théorie Expérience (4/4)↔ σ (en→e'n'γ) ∝ Γ I +DVCS c0 I+DVCS + Γ I+DVCS c1 I +DVCS cos(φ) + Γ I c2 I cos(2φ) σ(en→e'n'γ) ∝ ΓDVCS Eb 2 ⋅∣DVCS∣2 + ΓI Eb 3 ⋅I(DVCS.BH) – Séparation des termes |DVCS|² et I(DVCS.BH) selon Eb : Combinaison d'observables du |DVCS|² et I(DVCS.BH) • Accès aux GPDs : – Mesure de la section efficace non-polarisée pour deux énergies de faisceau Eb : • Extraction des parties réelles de combinaisons de CFFs des termes |DVCS|² et I(DVCS.BH) selon leurs dépendances angulaires – Analyse combinée des mesures des sections efficaces aux deux énergies de faisceau Eb : • Séparation des observables des termes |DVCS|² et I(DVCS.BH)
  14. 14. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 14 • Expérience DVCS dans le Hall A à Jefferson Lab (Virginie,USA) : Contexte Expérimental (1/4) Faisceau incident d'électrons e Ligne de faisceau Calorimètre électromagnétique = Détection des photons γ émis Spectromètre de Haute Résolution (HRS) = Détection des électrons diffusés e' • Identification du nucléon de recul N' par reconstruction de sa masse au carré : Cibles LH2 / LD2 alternées de 1 à 2 jours MX 2 = (k−k '+p−q2) 2 • Mesure en double coïncidence e' + γ • Prise de données de 3 mois en 2010
  15. 15. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 15 • Cinématiques de l'expérience pour la mesure de σ(eN e'N'→ γ) : Contexte Expérimental (2/4) • Mesure à deux cibles LH2 + LD2 (= soustraction des données DVCS proton) : • Mesure à deux énergies de faisceau Eb (= séparation en énergie du terme |DVCS|²) Kin1Low Kin1High Kin2Low Kin2High Kin3Low Kin3High Q² (GeV²) 1.5 1.75 2.0 xB 0.36 0.36 0.36 Eb (GeV²) 3.36 5.55 4.45 5.55 4.45 5.55 Cibles LH2 LH2 + LD2 LH2 Cinématiques du DVCS sur le neutron D(e ,e ' γ) X−H(e ,e' γ) X • Mesure de sections efficaces à XB fixé [p(e,e ' γ) X+n(e,e' γ) X+d(e,e' γ) X]−[p(e,e' γ) X]
  16. 16. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 16 • Séparation expérimentale des données DVCS neutron et deuton : Contexte Expérimental (3/4) D(e ,e ' γ) X−H(e ,e' γ) X [p(e,e ' γ) X+n(e,e' γ) X+d(e,e' γ) X]−[p(e,e' γ) X] MX 2 (d) ≃ MX 2 (n)+ t 2 • Séparation en Mx² des données expérimentales neutron (n) et deuton (d) : – Binning en Mx² • Distributions en Mx² des données des simulations neutron (n) et deuton (d) différentes : Simulation neutron Simulation deuton
  17. 17. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 17 • Variables cinématiques d'un point de vue expérimental : – Calorimètre centré par rapport au photon virtuel γ* Contexte Expérimental (4/4) Vers le Spectromètre Φ = Angle azimutal entre les trajectoires des photons γ et γ* t α Angle polaire entre les trajectoires des photons γ et γ* XB = Q² / 2M(Eb-Ee')
  18. 18. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 18 Calorimètre DVCS • Caractéristiques du calorimètre DVCS : – 16x13 = 208 cristaux de PbF2 – Cristaux de 3x3x18.6 cm3 – Propriétés des cristaux : • Milieu Cerenkov • Courte longueur de radiation : – X0 = 1/20 longueur des cristaux • Faible rayon de Molière : 2.2 cm – Gerbe électromagnétique dans 9 blocs – Résolution en position : 2-3 mm – Résolution en énergie : ~ 5 % / √E • Electronique logique d'acquisition des données (traiter l'empilement): – Convertisseur analogique-numérique (FADC) : • Numérisation des signaux • Groupement des signaux (fonction logique) – Echantillonneur-bloqueur (ARS) : • 128 échantillons de 1ns Mémorisation de la forme du signal sur 128 ns • Expérience DVCS réalisée à grande luminosité : L = 1037 cm-2 .s-1
  19. 19. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 19 Analyse du calorimètre • Analyse en forme : Déterminer les temps d'arrivée et amplitudes des impulsions dans chaque fenêtre (ARS) de 128 ns de chacun des blocs → Séparer des photons proches en temps • Algorithme de groupement des blocs : Définir les zones de dépôts d'énergies de chaque photon dans une certaine fenêtre en temps (6ns) → Reconstruire la position exacte d'impact et le temps d'arrivée de chaque photon • Calibration en énergie : Convertir les amplitudes des impulsions de chaque bloc en unité d'énergie (GeV) → Reconstruire l'énergie déposée par chaque photon
  20. 20. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 20 Calibration du Calorimètre (1/6) χ 2 =∑ j=1 N (Ej ref −Ej m ) 2 • Principe de la calibration : Minimiser la différence entre énergie mesurée Em et énergie connue Eref Ej m =∑ i=0 207 Ci⋅Aj i Amplitude des impulsions du bloc i pour l'évènement j Coefficient de calibration du bloc i ∂ χ2 ∂Ck =0 ∑ i=0 207 [∑ j =1 N Aj i Aj k ]Ci = ∑ j=1 N Ej ref Aj k Matrice symmétrique (208x208) à inverser pour obtenir les 208 coefficients Ci • Calibration possible si tous les blocs du calorimètre ont mesuré des impulsions Issue de 2 méthodes de calibrations Somme sur les N évènements j
  21. 21. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 21 Calibration du Calorimètre (2/6) Ee' ref =Eb +Mp−Ep' • Calibration élastique (ep e'p')→ : basée sur la reconstruction de l'énergie de l'électron diffusé e' Spectromètre Calorimètree' e p' Energie du proton p' Energie du faisceau – Polarité du spectromètre inversée pour la détection du proton p' – Prise de runs dédiés à la configuration élastique : • 3 sessions de calibrations élastiques Cible LH2 Masse du proton p Energie connue de l'électron diffusé e' :
  22. 22. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 22 Calibration du Calorimètre (3/6) • Calibration π⁰ (ep e'p'→ π⁰ e'p'→ γγ) : basée sur la reconstruction de l'énergie du pion π⁰ – Sélection des évènements à 2 photons détectés – Assure l'exclusivité des évènements par des coupures en Mx² et Minv – Groupes de calibration de 1 à 2 jours : • Assurer la statistique nécessaire à la procédure de minimisation – Même configuration expérimentale que DVCS – Utilisation des runs de production du DVCS : • Calibration π⁰ en continue – Permet de prendre en compte le noircissement des cristaux avec l'exposition à la radiation Spectromètre Calorimètre e' Cible LH2/LD2 γ+γ e
  23. 23. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 23 Calibration du Calorimètre (4/6) • Calibration π⁰ (ep e'p'→ π⁰ e'p'→ γγ) : basée sur la reconstruction de l'énergie du pion π⁰ • Angle fait intervenir l'impulsion du π⁰ reconstruite à partir de qγ1 et qγ2 des photons issus de sa décroissance • qγ1 et qγ2 dépendent de la calibration : calibration π⁰ sur plusieurs itérations – Considère les valeurs connues : Energie connue du pion π⁰ : cosθ= ⃗qγ∗⋅ ⃗qπ 0 ∥ ⃗qγ∗∥⋅∥ ⃗qπ 0∥ – Considère la position du π⁰ dans le calorimètre : • meilleure résolution en position qu'en énergie – Suppose l'angle θ entre π⁰ et γ* connue Spectromètre Calorimètre e' Cible LH2/LD2 γ+γ e θ γ* • Mx² ~ Mp² ~ 0.88 GeV² • Minv ~ Mπ⁰ ~ 0.135 GeV
  24. 24. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 24 Calibration du Calorimètre (5/6) • Test d'efficacité de la calibration π⁰ : – Positions en Mx² et Minv plus proches des valeurs attendues Mp² et Mπ⁰ – Largeurs en Mx² et Minv plus étroites Positions des pics Largeurs des pics Avant calibration Après calibration 0.135 GeV 0.88 GeV² Mx² Minv Numéros des runs Numéros des runs Numéros des runs Numéros des runs
  25. 25. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 25 Calibration du Calorimètre (6/6) • Test de fiabilité de la calibration π⁰ : – Comparaison des positions de pics de Mx² et Minv après calibration avec une analyse parallèle (Meriem Ben Ali) Analyse parallèle Cette analyse Mx² 0.88 GeV² Minv 0.135 GeV Différences relatives < 2 % Différences relatives < 1 % Numéros des runs Numéros des runs
  26. 26. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 26 Contrôle des Données • Contrôle de la qualité des données : → Rejet des données si : – Taux de comptage anormaux, temps mort trop élevé (~3% runs) – Spectres en énergie et en temps d'arrivée irréguliers des impulsions dans le calorimètre (~3% runs) … Spectres en temps d'arrivée des impulsions dans différents blocs du calorimètre Spectre attendu Spectre irrégulier Spectre irrégulier Spectre bruité : problème électronique Temps d'arrivée le plus probable décalé : problème d'initialisation du système d'acquisition • A l'issu du contrôle de qualité : ~ 10 % des runs ont été rejetés temps (ns) temps (ns) temps (ns)
  27. 27. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 27 Sélection des Données (1/6) • Données brutes : Evènements définis par la détection de photon(s) dans le calorimètre dans la fenêtre d'acquisition ARS déclenchée par l'arrivée d'un électron dans le spectromètre eN e'→ N'γ + eN e'N'→ π⁰ → e'N'γγ + eN e'N'→ π⁰γ → e'N'γγγ + ... • Données brutes en coïncidence : eN e'→ Xγ DVCS Contaminations π⁰ Canaux associés au DVCS Distribution en Mx² : MX 2 ≥ (MN)2 ∼ 0.88GeV2 MX 2 (DVCS) = (MN )2 ∼ 0.88GeV2 MX 2 ≥ (MN+Mπ0 )2 ∼ 1.15GeV2
  28. 28. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 28 Sélection des Données (1/6) • Données brutes : Evènements définis par la détection de photon(s) dans le calorimètre dans la fenêtre d'acquisition ARS déclenchée par l'arrivée d'un électron dans le spectromètre eN e'→ N'γ + eN e'N'→ π⁰ → e'N'γγ + eN e'N'→ π⁰γ → e'N'γγγ + ... • Données brutes en coïncidence : eN e'→ Xγ DVCS Contaminations π⁰ Canaux associés au DVCS Distribution en Mx² : MX 2 ≥ (MN)2 ∼ 0.88GeV2 MX 2 (DVCS) = (MN )2 ∼ 0.88GeV2 MX 2 ≥ (MN+Mπ0 )2 ∼ 1.15GeV2
  29. 29. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 29 Sélection des Données (2/6) • Soustraction des contaminations (eN e'N'X→ γ) du DVCS : – Soustraction des canaux associés au DVCS avec Mx² ≥ 1.15 GeV² : eN e'N'→ π⁰γ → e'N'γγγ + ... MX 2 = (MN+Mπ0 )2 ∼ 1.15GeV2 MX 2 ⩾1.15GeV2 1.15
  30. 30. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 30 Sélection des Données (1/6) • Données brutes : Evènements définis par la détection de photon(s) dans le calorimètre dans la fenêtre d'acquisition ARS déclenchée par l'arrivée d'un électron dans le spectromètre eN e'→ N'γ + eN e'N'→ π⁰ → e'N'γγ + eN e'N'→ π⁰γ → e'N'γγγ + ... • Données brutes en coïncidence : eN e'→ Xγ DVCS Contaminations π⁰ Canaux associés au DVCS Distribution en Mx² : MX 2 ≥ (MN)2 ∼ 0.88GeV2 MX 2 (DVCS) = (MN )2 ∼ 0.88GeV2 MX 2 ≥ (MN+Mπ0 )2 ∼ 1.15GeV2
  31. 31. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 31 Sélection des Données (3/6) • Soustraction des contaminations (eN e'N'X→ γ) du DVCS – Soustraction des contaminations π⁰ à 1 photon détecté : eN e'N'→ π⁰ e'→ N'γγ Evènement π⁰ à 2 photons détectés eN e'N'→ π⁰ e'→ N'(γ)γ Evènement π⁰ à 1 photon détecté Contamination du DVCS à soustraire des données brutes eN e'N'→ π⁰ → e'N'(γ)γ MX 2 ≥ (MN)2 =MX 2 (DVCS) Décroissance du π⁰ en deux photons : π⁰ pères contaminations π⁰
  32. 32. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 32 Sélection des Données (3/6) • Soustraction des contaminations (eN e'N'X→ γ) du DVCS : – Soustraction des contaminations π⁰ à 1 photon détecté : Evènements à 2 photons détectés (π⁰ pères) Evènements à 1 photon détecté (DVCS + contaminations π⁰) - N0 0→ γ détecté N1 1→ γ détecté N2 2→ γ détectés N1 1→ γ détecté Simulation MC N Décroissances aléatoires par π⁰ père + Projection des γ sur la surface du calorimètre eN e'N'→ π⁰ → e'N'(γ)γ MX 2 ≥ (MN)2 =MX 2 (DVCS) Evènements à 1 photon détecté (DVCS + contaminations π⁰) Décroissance du π⁰ en deux photons : π⁰ pères contaminations π⁰
  33. 33. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 33 Sélection des Données (3/6) • Soustraction des contaminations (eN e'N'X→ γ) du DVCS : – Soustraction des contaminations π⁰ à 1 photon détecté : ~ 20 à 35 % des données brutes eN e'N'→ π⁰ → e'N'(γ)γ MX 2 ≥ (MN)2 =MX 2 (DVCS)
  34. 34. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 34 Sélection des Données (4/6) • Soustraction des coïncidences fortuites : – Evènements fortuits à 2 photons détectés (= fortuites du π⁰) ~ 3 à 8 % des données brutes
  35. 35. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 35 Sélection des Données (1/6) • Données brutes : Evènements définis par la détection de photon(s) dans le calorimètre dans la fenêtre d'acquisition ARS déclenchée par l'arrivée d'un électron dans le spectromètre eN e'→ N'γ + eN e'N'→ π⁰ → e'N'γγ + eN e'N'→ π⁰γ → e'N'γγγ + ... • Données brutes en coïncidence : eN e'→ Xγ DVCS Contaminations π⁰ Canaux associés au DVCS Distribution en Mx² : MX 2 ≥ (MN)2 ∼ 0.88GeV2 MX 2 (DVCS) = (MN )2 ∼ 0.88GeV2 MX 2 ≥ (MN+Mπ0 )2 ∼ 1.15GeV2
  36. 36. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 36 Sélection des Données (5/6) • Soustraction des coïncidences fortuites : – Sélection en temps d'arrivée des photons : • Evènements fortuits à 1 photon détecté (= fortuites du DVCS) • Détection en continu de photons non issus du vertex de l'électron (= Fortuites) • Soustraction des fortuites par sélection des évènements hors-coïncidence Evènements en coïncidences : DVCS + Fortuites Fortuites Hors-coïncidence [5,11]ns Spectre en temps d'arrivée des photons dans le calorimètre En coïncidence [-3,3]ns
  37. 37. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 37 Sélection des Données (5/6) • Soustraction des coïncidences fortuites : – Sélection en temps d'arrivée des photons : • Evènements fortuits à 1 photon détecté (= fortuites du DVCS) ~ 15 à 40 % des données brutes
  38. 38. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 38 Sélection des Données (6/6) • Soustraction du bruit de fond au DVCS : – Résultats de la soustraction du bruit de fond : Données DVCS : ~ 45 à 55 % des données brutes
  39. 39. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 39 Soustraction du DVCS proton (1/3) • Soustraction des données DVCS des cibles LD2-LH2 : Sélection des évènements DVCS sur neutron et deuton – Ajout du moment de Fermi aux données LH2 : • Prend en compte le mouvement initial du proton dans la cible LD2 D(e ,e ' γ) X−H(e ,e' γ) X [p(e , e ' γ) X+n(e ,e' γ) X+d(e ,e ' γ) X]−[p(e, e ' γ) X] p=(M,⃗0) p=(Ef , ⃗pf) avec Ef=M2 +∣⃗pf∣2 – Normalisation des données de chaque cible : • Luminosité intégrée de chaque cinématique D(e ,e' γ) X − LLD2 LLH2 H(e ,e ' γ) X
  40. 40. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 40 Soustraction du DVCS proton (2/3) • Soustraction des données DVCS des cibles LD2-LH2 : Sélection des évènements DVCS sur neutron et deuton – Résultats de la soustraction des données des cibles LD2-LH2 : D(e ,e ' γ) X−H(e ,e' γ) X [p(e , e ' γ) X+n(e ,e' γ) X+d(e ,e ' γ) X]−[p(e, e ' γ) X] Données DVCS neutron-deuton : ~ 1/3 des données D(e,e'γ)X
  41. 41. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 41 Soustraction du DVCS proton (3/3) • Soustraction des données DVCS des cibles LD2-LH2 : – Comparaison des résultats de la soustraction avec une analyse parallèle (Meriem Ben Ali) avec : • Calibration en énergie du calorimètre différente • Simulation pour la soustraction des contaminations π⁰ différente Kin2Low ~ 10 % de différence relative Kin2High ~ 8 % de différence relative
  42. 42. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 42 dσp dQ 2 dxB dtdφ = ∑p =n ,d Γp BH +Γ1,p I ⋅ℝe Cp I (F )+Γ2,p I ⋅ℝe ΔCp I (F )+Γ3,p I ⋅ℝe Cp I (F eff ) Nbin=L ∫evt∈bin dσp dΩ dΩ Méthode d'Extraction (1/2) • Méthode : Mesure du nombre d'évènements expérimentaux par bin cinématique Section efficace différentielle • Paramétrisation effective de la section efficace non-polarisée : Combinaison linéaire de facteurs cinématiques Γ et d'observables C (dépendantes des GPDs) { Γ BH Γ1,p I Γ2,p I Γ3,p I }→f (Q 2 , xB ,t,φ) • Facteurs cinématiques sont calculables en fixant les variables cinématiques (Q², xB, t, Φ) { ℝe Cp I (F ) ℝe ΔCp I (F ) ℝe Cp I (F eff ) }→f (xB ,t) • Extraction des observables en fonction de t en fixant xB
  43. 43. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 43 Méthode d'Extraction (1/2) • Méthode : Mesure du nombre d'évènements expérimentaux par bin cinématique Luminosité Angle solide : dΩ=dQ2 dxB dtdφSection efficace différentielle Variables cinématiques sur lesquelles binner et intégrer dσ Angle solide : Acceptance cinématique des détecteurs Nbin=L ∫evt∈bin dσp dΩ dΩ Total fort1 fort2 π⁰ DVCS Exemple d'un bin en t et en Mx² 5 bins en t 20 bins en Mx² 24 bins en Φ
  44. 44. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 44 Méthode d'Extraction (1/2) • Méthode : Mesure du nombre d'évènements expérimentaux par bin cinématique Luminosité Angle solide : dΩ=dQ2 dxB dtdφSection efficace différentielle Variables cinématiques sur lesquelles binner et intégrer dσ Nbin=L ∫evt∈bin dσp dΩ dΩ xexp={Q 2 , xB ,t,φ}exp Variables générées au vertex de la réaction Variables reconstruites aux détecteurs (ou expérimentales) xgen={Q 2 ,xB , t,φ}gen • Reconstruction expérimentale des variables cinématiques dépend de la résolution des détecteurs • Simulation prend en compte la résolution des détecteurs :
  45. 45. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 45 Méthode d'Extraction (2/2) • Méthode : Ajustement des nombres d'évènements de la simulation à ceux de l'expérience χ 2 =∑ bin (Nbin exp −Nbin MC )2 (σbin exp ) 2 • Extraction des observables C (par bin en t) selon : – Contributions en Mx² (différentes entre neutron et deuton) – Contributions en Φ (différentes entre 3 observables de chaque particule) • Reconstruction de la section efficace (par bin en t et Φ) : – À partir des observables C extraites Total simu neutron Total simu deuton Total simulations Expérience Exemple d'un bin en t et en Mx² Ajustement global sur tous les bins
  46. 46. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 46 Résultats d'Analyse (1/2) • Mesures de sections efficaces d'électroproduction de photons : Kin2Low • Observations : – Section efficace neutron supérieure à la contribution BH : • Contribution positive du DVCS sur neutron au-delà du BH – Section efficace deuton compatible avec zéro Sections efficaces calculées aux valeurs des milieux des bins en t
  47. 47. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 47 Résultats d'Analyse (2/2) • Mesures de sections efficaces d'électroproduction de photons : • Observations : – Section efficace neutron à petit |t| jusqu'à 2σ supérieure au BH (à Φ~180°) – Section efficace neutron diminue à grand |t| Kin2Low
  48. 48. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 48 Etude Systématique (1/2) • Etude de stabilité des résultats de l'analyse (neutron) : – Valeurs des observables en fonction du nombre de bins en t • Observations : – Observables à 2 bins en t sont compatibles avec observables à 5 bins en t – Erreurs statistiques sont plus étroites avec des bins plus larges en t Kin2Low
  49. 49. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 49 Etude Systématique (2/2) • Etude de stabilité des résultats de l'analyse (neutron) : – Mesure de la section efficace en fonction de l'intervalle en Mx² • Observations : – Déviations systématiques sont du même ordre pour tous les bins en t – Déviations systématiques restent du même ordre que les erreurs statistiques 0 0 Kin2Low
  50. 50. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 50 Conclusion • Conclusion : – Calibration π⁰ du calorimètre efficace et fiable – Contrôle de la qualité des données brutes – Sélection des données DVCS neutron par : • Soustraction du bruit de fond • Soustraction des données DVCS proton – Premières mesures de sections efficaces non-polarisées d'électroproduction de photons : • Sur neutron et deuton • Pour deux énergies de faisceau – Première extraction des parties réelles des combinaisons de CFFs du neutron et du deuton issues du terme I(DVCS.BH)
  51. 51. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 51 Perspectives (1/2) • Perspectives : – Amélioration des erreurs systématiques : • Extraire la section efficace neutron seule (contrainte : section efficace deuton imposée comme nulle) • Meilleure dégradation de la résolution en énergie du calorimètre dans la simulation • Ajustement par un modèle du spectre en Mx² pour prendre en compte des contaminations non-exclusives au DVCS sur neutron – Séparation du terme |DVCS|² par analyse combinée des mesures des sections efficaces aux deux énergies de faisceau – Comparaison avec les prédictions théoriques • Contraindre les modèles théoriques
  52. 52. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 52 Perspectives (2/2) • Perspectives : – Expériences à 12 GeV de Jefferson Lab : • DVCS proton du Hall A : – Q² > 2 GeV² – XB variable (étude de la dépendance en ξ) • DVCS neutron du Hall B : – Mesures d'asymétries d'hélicité du faisceau, cible (longitudinalement polarisée) et doubles asymétries – Détecteur central neutron dans CLAS12
  53. 53. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 53 Merci de votre attention
  54. 54. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 54 Back-up
  55. 55. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 55 Résultats d'Analyse (2/2) • Mesures de sections efficaces d'électroproduction de photons : • Observations : – Section efficace neutron à petit |t| jusqu'à 2σ supérieure au BH (à Φ~180°) – Section efficace neutron diminue à grand |t| Kin2High
  56. 56. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 56 Calibration du Calorimètre χ2 =∑ j=1 N (Ej ref −Ej m )2 • Principe de la calibration : Minimiser la différence entre énergie mesurée Em et énergie de référence Eref ∂ χ2 ∂Ck =0 ∑ i=0 207 [∑ j =1 N Aj i Aj k ]Ci = ∑ j=1 N Ej ref Aj k M matrice symmétrique (208x208) à inverser pour obtenir les 208 coefficients Ci ∑ j=1 N Aj i =0 → ∑ j=1 N Aj i Aj k =0 (∀ k) • Si amplitude d'un bloc i est nulle : – Det (M) = 0 – M est non inversible – Calibration est impossible
  57. 57. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 57 Calibration du Calorimètre (4/6) • Calibration π⁰ (ep e'p'→ π⁰ e'p'→ γγ) : basée sur la reconstruction de l'énergie du pion π⁰ – Test d'efficacité de la calibration π⁰ : Comparaison avant/après calibration des positions et largeurs des pics des distributions en Mx² et Minv Mx² Minv Ajustement par une gaussienne des pics des spectres Mx² et Minv – Considère les valeurs connues de Mx² et Minv : • Mx² ~ Mp² ~ 0.88 GeV² • Minv ~ Mπ⁰ ~ 0.135 GeV Energie connue du pion π⁰ :
  58. 58. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 58 Sélection des Données • Soustraction du bruit de fond au DVCS : – Coupure en Mx² – Estimation des évènements π⁰ à un photon détecté – Sélection en temps d'arrivée des photons : Fenêtre de 128ns Fenêtre de 6ns tm= ∑i Ei⋅ti ∑i Ei Sélection en temps des impulsions dans une fenêtre de 6ns Temps d'arrivée des impulsions ARS dans chaque bloc i du calorimètre ti Temps moyen d'arrivée du photon dans le calorimètre Sélection en position des impulsions dans les blocs d'un même groupe Analyse en forme des impulsions ARS Groupement des blocs i par dépôts d'énergie de chaque photon
  59. 59. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 59 Sélection des Données (5/6) • Soustraction des coïncidences fortuites : – Sélection en temps d'arrivée des photons : • Evènements fortuits à 2 photons détectés (= fortuites du π⁰) • Trop de π⁰ pères (à 2 photons détectés) utilisés pour soustraire les contaminations π⁰ • Contaminations π⁰ – Estimation des fortuites π⁰ à 1 photon détecté Temps moyen d'arrivée d'un photon dans le calorimètre en fonction de celui du second 2 γ en coïncidence avec l'électron = π⁰ [-3,3]ns U [-3,3]ns [-11,-5]ns U [-11,-5]ns [-11,-5]ns U [-3,3]ns [-11,-5]ns U [5,11]ns 3 types de fortuites :
  60. 60. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 60 Sélection des Données • Soustraction des coïncidences fortuites : – Sélection en temps d'arrivée des photons : • Evènements fortuits à un photon détecté • Evènements fortuits à deux photons détectés (fortuites des π⁰) tm,1 vs tm,2 • 2 γ en temps + 2 γ hors-coïncidence : – tm,1  [-11,-5]ns U tm,2  [-11,-5]ns • 2 γ hors-temps + 1 γ en coïncidence : – tm,1  [-3,3]ns U tm,2  [5,11]ns • 2 γ hors-temps + 2 γ hors-coïncidence : – tm,1  [-11,-5]ns U tm,2  [5,11]ns π⁰ Temps moyen d'arrivée d'un photon dans le calorimètre en fonction de celui du second A. Camsonne, Ph-D Thesis (2005)
  61. 61. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 61 Résultats d'Analyse (3/3) • Mesures de section efficace d'électroproduction de photons : • Observations : – Section efficace totale neutron diminue à grand |t| – Section efficace totale neutron : (Eb=4.45GeV) > (Eb=5.55GeV) Kin2Low Kin2High
  62. 62. 17 Septembre 2015 Université Paris-Sud SOUTENANCE DE THÈSE 62 Soustraction du DVCS proton (2/5) • Soustraction des données DVCS des cibles LD2-LH2 : Sélection des évènements DVCS sur neutron et deuton – Ajout du moment de Fermi aux données LH2 : • Prend en compte le mouvement initial du proton dans la cible LD2 D(e ,e ' γ) X−H(e ,e' γ) X [p(e , e ' γ) X+n(e ,e' γ) X+d(e ,e ' γ) X]−[p(e, e ' γ) X] p=(M,⃗0) p=(Ef , ⃗pf) avec Ef=M2 +∣⃗pf∣2

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