Deeply Virtual Compton Scattering on the Nucleon with the CLAS Detector of Jefferson Lab : Measurement of the polarized and unpolarized Cross Sections
Etude de la Diffusion Compton Profondément Virtuelle sur le Nucléon avec le Détecteur CLAS de Jefferson Lab : Mesure des Sections Efficaces polarisées et non polarisées
Résumé
The Generalized Parton Distributions (GPDs), introduced in the 1990's, provide the most complete description of the structure (in quarks and gluons) of the nucleon. The Deeply Virtual Compton Scattering (DVCS), which corresponds to the "hard" exclusive electroproduction of photons on the nucleon, is a key process among the reactions allowing access to the GPDs. A DVCS-dedicated experiment was carried out in 2005 with the CLAS detector of Jefferson Lab, using a polarized electron beam of 5.776 GeV and a hydrogen target. For this experiment, we built and used a dedicated electromagnetic calorimeter capable of detecting the final-state photon. The collected data allowed us to study the DVCS in the widest kinematic range ever accessed for this reaction : 1 < Q² < 4.6 GeV², 0.1 < xB < 0.58, 0.09 < -t < 2 GeV². The work performed during this PhD includes simulation work done for the preparation of the experiment, timing calibration of one of the CLAS subsystems, and data analysis. The aim of the data analysis was the extraction of the unpolarized cross sections of the studied reaction and of the difference of the polarized cross sections, this latter observable being linearly proportional to the GPDs. The obtained results were compared to DVCS theoretical calculations based on one of the most up-to-date GPD parametrizations.
Les Distributions de Partons Généralisées (GPDs), dont le formalisme a été introduit dans les années 1990, offrent la plus complète description de la structure (en quarks et gluons) du nucléon à ce jour. La Diffusion Compton Profondément Virtuelle (DVCS), qui correspond à l'électroproduction exclusive "dure" de photons sur le nucléon, est un processus clef parmi les réactions donnant accès aux GPDs. Une expérience dédiée à l'étude du DVCS s'est déroulée en 2005 avec le détecteur CLAS de Jefferson Lab, en utilisant un faisceau d'électrons polarisés de 5,776 GeV et une cible d'hydrogène. Pour cette expérience, nous avons construit et utilisé un calorimètre électromagnétique dédié capable de détecter le photon de l'état final. Les données acquises nous ont permis d'étudier le DVCS sur le plus vaste domaine cinématique jamais accédé pour cette réaction jusqu'à présent : 1 < Q² < 4,6 GeV², 0,1 < xB < 0,58, 0,09 < -t < 2 GeV². Les travaux réalisés au cours de cette thèse incluent notamment des travaux de simulation effectués dans le cadre de la préparation de l'expérience, l'étalonnage en temps d'un des sous-systèmes de CLAS, et l'analyse des données dont l'objectif a été l'extraction des sections efficaces non polarisées de la réaction étudiée et de la différence des sections efficaces polarisées, cette dernière observable étant linéairement proportionnelle aux GPDs. Les résultats obtenus sont confrontés aux calculs théoriques du DVCS basés sur une des paramétrisations des GPDs les plus abouties à ce jour.