Strange quark and the electromagnetic structure of the nucleon : The first results from the G0 experiment
Contribution du quark étrange à la structure électromagnétique du nucléon : Les premiers résultats de l'expérience G0
Résumé
In the framework of the Quantum Chromodynamics (QCD), the nucleon is described as being composed of three valence quarks surrounded by a sea of virtual quark-antiquark pairs and gluons. If the role of this virtual sea in the nucleon properties is inferred to be important, this contribution is still poorly understood. In this context, we study the role of the strange quarks in the nucleon since this is the lightest quark flavor of the sea with no valence contribution. We are determining its contribution to the charge and magnetization distributions in the nucleon via parity violation experiments. The measurement is performed by elastically scattering polarized electrons from nucleon target. A world wide program in which the G0 experiment takes place is being performed since a decade. The G0 experiment and the analysis of the results from its forward angles phase are the topics of this thesis.
This document presents the physics case of the strangeness content of the nucleon (mass, spin, impulsion). It describes also the formalism related to the electroweak probe and the form factors, and then the principle of parity violating asymmetry measurement. The G0 experimental setup, which was built and installed in the Hall C of the Jefferson Laboratory (Newport-News, USA), is detailed. This set-up was designed for the measurement of asymmetries of the order of 10-6 with an overall relative uncertainty better than 10%, over a momentum transfer range 0.1-1 (GeV/c)2. The various steps of the data analysis are exposed. They allow to start from measured counting rates to reach parity violating physics asymmetries. This required a careful treatment of the various sources of systematical errors which is discussed extensively. Finally the results from the G0 forward angle measurement, its comparison with others experiments and with theoretical models, are presented. They support a non null strange quark contribution.
This document presents the physics case of the strangeness content of the nucleon (mass, spin, impulsion). It describes also the formalism related to the electroweak probe and the form factors, and then the principle of parity violating asymmetry measurement. The G0 experimental setup, which was built and installed in the Hall C of the Jefferson Laboratory (Newport-News, USA), is detailed. This set-up was designed for the measurement of asymmetries of the order of 10-6 with an overall relative uncertainty better than 10%, over a momentum transfer range 0.1-1 (GeV/c)2. The various steps of the data analysis are exposed. They allow to start from measured counting rates to reach parity violating physics asymmetries. This required a careful treatment of the various sources of systematical errors which is discussed extensively. Finally the results from the G0 forward angle measurement, its comparison with others experiments and with theoretical models, are presented. They support a non null strange quark contribution.
Dans le cadre de la chromodynamique quantique, le nucléon est décrit comme constitué de trois quarks de valence plongés dans une mer virtuelle de paires de quark-antiquark et de gluons. L'étrangeté est la plus légère des saveurs n'ayant pas de contribution de valence. Elle est de ce fait un excellent candidat pour étudier cette mer, dont le rôle bien qu'important reste peu compris. La contribution du quark étrange aux distributions de charge et de magnétisation du nucléon est accessible par des mesures d'asymétries de violation de parité en diffusion élastique d'électrons polarisés sur cible de nucléon. Un programme expérimental mondial, dans lequel se place l'expérience G0, est engagé dans ce but. Cette expérience et l'analyse des résultats de sa première phase aux angles avant constituent l'objet de cette thèse.
Ce document présente les motivations physiques et les différentes signatures de l'étrangeté aux propriétés du nucléon (masse, spin, impulsion). Nous développons le formalisme de la sonde électro-faible et de ses facteurs de forme, puis le principe de la mesure d'asymétrie de violation de parité. Suit une description du dispositif expérimental, mis en place dans le Hall C du Jefferson Laboratory (Newport-News, USA) ; celui-ci étant conçu pour mesurer sur un large domaine en quadri-moment transféré de 0.1 à 1 (GeV/c)2 des asymétries de l'ordre de 10-6 avec une précision relative de 5 à 10 %. Nous détaillons ensuite toutes les étapes d'analyse permettant de passer des taux de comptage mesurés à une asymétrie physique de violation de parité, en soulignant le travail mené pour estimer les erreurs systématiques. Les résultats de la première phase aux angles avant, puis leur mise en contexte avec les autres expériences et le cadre théorique sont finalement présentés. Nous montrons alors qu'une contribution non nulle des paires de quark-antiquark étranges est favorisée.
Ce document présente les motivations physiques et les différentes signatures de l'étrangeté aux propriétés du nucléon (masse, spin, impulsion). Nous développons le formalisme de la sonde électro-faible et de ses facteurs de forme, puis le principe de la mesure d'asymétrie de violation de parité. Suit une description du dispositif expérimental, mis en place dans le Hall C du Jefferson Laboratory (Newport-News, USA) ; celui-ci étant conçu pour mesurer sur un large domaine en quadri-moment transféré de 0.1 à 1 (GeV/c)2 des asymétries de l'ordre de 10-6 avec une précision relative de 5 à 10 %. Nous détaillons ensuite toutes les étapes d'analyse permettant de passer des taux de comptage mesurés à une asymétrie physique de violation de parité, en soulignant le travail mené pour estimer les erreurs systématiques. Les résultats de la première phase aux angles avant, puis leur mise en contexte avec les autres expériences et le cadre théorique sont finalement présentés. Nous montrons alors qu'une contribution non nulle des paires de quark-antiquark étranges est favorisée.
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