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Fiche détaillée Thèses
Université Joseph-Fourier - Grenoble I (17/05/2002), Kox Serge (Dir.)
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Violation de parité et contenu étrange du nucléon : expériences G0 et SAMPLE
Raphaël Tieulent1

Le nucléon est décrit par QCD comme étant constitué de trois quarks de valence (de saveur up et down) et d'une mer constituée de gluons et de paires de quark – antiquark de toutes saveurs. Le quark étrange est le meilleur candidat pour l'étude de cette mer dont la contribution à la structure du nucléon est à l'heure actuelle mal connue. Il est en effet le plus léger des quarks n'ayant pas de contribution de valence. Expérimentalement, cette étude est effectuée dans trois secteurs différents reliés à la masse, aux distributions de charge et de courant du nucléon, et au spin du nucléon. Cette thèse présente les expériences G0 au laboratoire Thomas Jefferson (USA) et SAMPLE au laboratoire MIT-Bates qui mesure l'asymétrie de violation de parité en diffusion élastique d'électrons polarisés sur une cible de nucléons. De ces mesures, il est possible d'extraire la contribution étrange aux distributions de charge et de courant dans le nucléon ainsi que le facteur de forme axial du nucléon. Dans ce manuscrit, nous décrivons le formalisme relatif à la sonde électrofaible et donnons également un panorama des différentes prédictions théoriques. Nous avons étudié l'origine des changements systématiques des propriétés du faisceau d'électrons et développé des systèmes de correction permettant de réduire leurs effets au niveau de l'expérience. Nous détaillons le dispositif expérimental de l'expérience G0 ainsi que les études de bruit de fond et leurs implications sur la stratégie expérimentale. Nous présentons finalement le dispositif expérimental de l'expérience SAMPLE et l'analyse des données qui a permis de déterminer le facteur de forme axial du nucléon. Cette quantité est peu contrainte par les prédictions théoriques dû aux contributions des ordres supérieurs de diffusion difficilement calculables théoriquement. Ce facteur de forme intervenant dans la mesure d'asymétrie de violation de parité, sa détermination expérimentale est importante.
1 :  LPSC - Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie
Structure du nucléon – interaction électrofaible – asymétrie de violation de parité – facteur de forme faibles neutres – quark étrange – moment anapolaire – source d'électrons polarisés – laboratoires Jlab et MIT-Bates.

The nucleon is described by QCD as being composed of three valence quarks (of flavor up and down) and a sea of gluons and quark – antiquark pairs of any flavor. The strange quark is the best candidate for the study of the sea quarks whose contribution to the nucleon structure is poorly known. Indeed, this quark is the lightest one having no valence contribution. Experimentally, this study can be done in three different sectors related to the mass, to the charge and current distributions, and to the spin of the nucleon. This thesis presents the G0 experiment at the Thomas Jefferson laboratory (USA) and the SAMPLE experiment at the MIT-Bates which measure the asymmetry of parity violation in elastic scattering of polarized electrons on a nucleon target. These experiments are performed at low energy, thus the asymmetry measured is of the order of 10-6. The sources of systematic effects should be found in order to decrease the influence of the related non physical asymmetries. From these measurements, we are able to extract the strange quark contribution to the charge and current distributions inside the nucleon as well as the axial form factor. This thesis describes the formalism related to the electroweak probe and give an overview of the existing theoretical predictions. The origins of the systematic changes in the electron beam properties have been studied and we developed feedback systems in order to reduce their effect for parity violation experiment. We detail the G0 setup, the background studies and their implications for the experimental strategy. We finally present the SAMPLE experiment and the data analysis which led to the determination of the axial form factor of the nucleon. This quantity is poorly described by theory due to higher order contributions which are difficult to calculate theoretically. This form factor has a contribution to the asymmetry therefore, it is important to measure it experimentally.

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