CLAS12
CLAS12

Upgrade de JLab- 12 GeV

Expériences de Deeply Virtual Compton Scattering dans le Hall B de Jefferson Lab, avec le spectromètre à large acceptance CLAS12.


Objectifs :

De nouveaux concepts théoriques, les distributions de partons généralisées (GPD), permettent une approche bien plus riche de la structure du nucléon, et plus généralement du confinement des quarks dans les hadrons.

La détermination de ces distributions passe par la mesure de réactions exclusives du type DVCS (Deeply Virtual Compton Scattering) et le Jefferson Lab a entrepris une montée en énergie de son accélérateur CEBAF en bonne partie dans ce but. Ce sont aussi les priorités scientifiques du groupe CLAS au SPhN.

 
 

Contexte :

Les expériences de diffusion élastique permettent d'accéder à la structure spatiale du nucléon par la mesure des facteurs de forme. La diffusion profondément élastique, via les fonctions de distribution des partons, permet de connaître les distributions en moment. Les GPDs sont le nouvel outil pour connaitre les distributions spatiales des quarks et des gluons dans les nucléons. Les expériences DVCS sont adaptées à l'extraction des GPDs et le domaine cinématique de 11 GeV envisagé à JLab est un pas important après les expériences pionnières effectuées dans les Hall A et B de JLab, et à Hermes et H1.

La collaboration COMPASS au CERN comporte également un programme d'étude des GPD à partir de 2015.

 

 
CLAS12

Régions cinématiques couvertes par les différentes expériences DVCS

CLAS12

Vue du détecteur de vertex (partie Micromegas)

Contribution de l'Irfu (scientifique et technique) :


L'Irfu est impliqué dans la construction du détecteur de vertex du futur spectromètre CLAS12 dans le Hall B. Un trajectographe utilisant des détecteurs Micromégas équipe la zone autour de la cible, dans les parties centrale et avant. Ce projet, qui regroupe des équipes du Sédi, du SIS et du SPhN, equipe l'expérience CLAS d'environ 4 m² de détecteurs. En parallèle, l'Irfu a été sollicité par un groupe de l'INFN pour construire un autre trajectographe pour CLAS12, pour la détection d'es électrons à très petits angles.


Etat de l'expérience :


L'upgrade de l'accélérateur est à présent pratiquement terminé, et les premiers faisceaux sont attendus début 2014. L'installation des différents équipements de CLAS12 est prévue pour la période 2014-2015, avec un début des prises de données mi-2016.


 

 


 

Localisation :

Jefferson Lab est situé aux Etats Unis, à Newport-News en Virginie, à 350 km au sud-est de Washington DC.


Contacts :

Franck Sabatié : co-porte-parole d'une expérience DVCS approuvée sur CLAS12 et responsable scientifique du projet CLAS12-Micromegas

 

 

 
CLAS12

Le spectromètre CLAS12

#2084 - Màj : 03/12/2020
Détecteur CLAS

216 modules de collection de lumière composent les compteurs Cerenkov de CLAS : 18 régions d'angle polaire et 12 région d'angle azimuthal (2 par secteur). L'efficacité en électron est supérieure à 99% dans la région prédéfinie par une coupure fiduciaire.

 

 

 

 

 

 

 

 

18 chambres à dérive (3 par secteur) permettent de reconstruire les traces des particules chargées et ainsi déterminer leur impulsion. Au total, les chambres sont composées de 136104 fils dont 36864 sont instrumentés. A l'heure actuelle, les traces sont reconstruites avec une précision de l'ordre de 400 μm.

 

6 calorimètres triangulaires (1 par secteur) équipent CLAS. Chacun est formé de 13 sous-modules, chaque sous-module étant composé de 3 couches. Chaque couche est construite à partir d'une plaque de 2 mm de plomb avec des lattes de scintillateur de 10 mm d'épaisseur de 10 cm de large. Chaque couche est tournée de 120 degrés par rapport à la précédente.

 

288 lattes de scintillateur (48 par secteur) munies de photomultiplicateurs équipent CLAS. Elles permettent la mesure du temps de vol et donc l'identification des particules chargées connaissant leur impulsion.

 

L'aimant principal de CLAS est composé de 6 bobines toroïdales supra-conductrices. Elles produisent un fort champ magnétique de 2T vers l'avant. Les angles arrière voient une réduction du champ d'un facteur 5 environ.

 
#2643 - Màj : 04/10/2017
CLAS12-Tracker

PRESENTATION DU PROJET:

L'accélérateur CEBAF du Jefferson Laboratory (USA) fait actuellement l'objet d'une montée en énergie qui permettra dès 2014 de disposer de faisceau intenses d'électrons jusqu'à 12 GeV. Dans le cadre de ce programme, le spectromètre CLAS situé dans le Hall B doit être largement renouvelé, avec pour objectif principal une augmentation de la luminosité nominale à 10^35/cm²/s. En particulier, un nouveau détecteur de vertex installé au plus prêt de la cible doit être construit. Compte tenu du flux de particules et de la résolution nécessaire, l'Irfu a proposé dès 2006 d'équiper ce trajectographe avec des détecteurs Micromegas souples. l'étude de faisabilité a démontré l'intérêt de ces détecteurs, et JLab a confié à l'Irfu en 2009 la construction du détecteur de vertex vers l'avant ainsi qu'une partie du détecteur central. En 2011, des collaborateurs de l'INFN ont par ailleurs sollicité l'Irfu pour réaliser un petit trajectographe Micromegas dans la partie avant du futur spectromètre.

 

Objectifs:

Le détecteur de vertex doit permettre la reconstruction des particules entre 5 et 125° par rapport au faisceau d'électrons. La partie vers l'avant, constituée de 6 disques Micromegas, assurera la reconstruction de 5 à 35°, en combinaison avec des plans de chambres à dérive. La partie centrale, couvrant la région de 35 à 125°, sera équipée de 6 couches cylindriques formant un ensemble de 18 détecteurs.

 

Thèmes et programmes:

Les constituants ultimes de la matière/Structure des hadrons/Structure du nucléon

 

Statut du projet:

Durant la phase de R&D, de nombreux aspects innovants ont dû être étudiés, en raison de la grande spécificité de ce trajectographe :

  • Plusieurs prototypes Micromegas courbes ont été fabriqués et caractérisés en banc cosmique. L’utilisation de la technologie bulk a en effet permis depuis 2006 de réaliser des détecteurs sur des planchers fins de 100 à 200 microns d’épaisseur. Ces tests ont montré que les performances des Micromegas  n’étaient pas dégradés en les courbant, et ce jusqu’à des rayons de 10 cm.
  • La présence d’un champ magnétique intense (5 T) nécessite de modifier de manière significative le point de fonctionnement des détecteurs. Des tests à Saclay et à JLab, ainsi que des simulations sous Garfield, ont permis de déterminer les changements à apporter sur le mélange gazeux, les champs de dérive et le choix de la micro-grille.
  • La compacité du détecteur central requiert de déporter l’électronique de lecture très en amont du trajectographe. Des câbles de 1,5 à 2 mètres de longueur doivent ainsi assurer la transmission des signaux jusqu’aux cartes d’électroniques Front End. Plusieurs types de câbles à basse capacité linéique ont été caractérisés, notamment en termes de bruit. Le choix s’est finalement porté sur des câbles micro-coaxiaux Hitachi de 43 pF/m seulement.
  • Le taux de claquages attendu est relativement élevé, en raison du flux de hadrons à proximité de la cible. Des simulations Geant4 appuyées par plusieurs tests en faisceaux au CERN et à JLab ont permis d’estimer ce taux de claquages à quelques Hz par détecteur. Afin de minimiser leur impact et préparer une éventuelle montée en luminosité, il a été décidé d’utiliser la technologie des pistes résistives mise au point au CERN en 2010. Trois prototypes résistifs – deux disques et un courbe – ont ainsi été caractérisés en cosmiques, avec une efficacité mesurée au-delà de 97% pour chacun d’entre eux.

En parallèle, un nouvel Asic a été développé afin de répondre aux contraintes d’utilisation nominales de CLAS12 – capacités d’entrée jusqu’à 200 pF, flux de particules de plusieurs dizaines de MHz, taux de trigger de 20 kHz notamment. Les premiers prototypes de l’Asic DREAM ont été testés fin 2012, et ont révélé une amélioration du rapport signal sur bruit de 25% par rapport à l’électronique développée pour l’expérience T2K. Une première carte Front End a été étudiée mi-2013, et son fonctionnement dans un champ magnétique de 1,5 T a été validé.

 
CLAS12-Tracker

Vue schématique du détecteur de vertex

CLAS12-Tracker

le spectromètre CLAS12

PLANNING

La production des 1000 Asic DREAM a tout juste commencé, et sera terminée au 2ème trimestre 2014. La production des 6 détecteurs du trajectographe vers l'avant débutera au printemps 2014, suivie par celle des 18 détecteurs cylindriques qui se terminera début 2015. Une première phase d'installation à JLab, de février à septembre 2015, permettra d'installer les détecteurs vers l'avant ainsi qu'un tiers du trajectographe central. Après une période de commissionning fin 2015, le reste des détecteurs sera installé dans CLAS12 début 2016.

 

CONTACTS

Responsable Scientifique: Franck Sabatié
Chef de projet: Stephan Aune
 
 
#2075 - Màj : 19/12/2017
Projet ANR PARTONS

PARtonic Tomography Of Nucleon Software

 

 

ANR-12-MONU-0008-01

 

Programme scientifique

Ce projet consiste en la réalisation d’un environnement logiciel consacré à l’étude de la structure des hadrons en termes de leurs constituants élémentaires, les quarks et les gluons. Cet outil est essentiel pour accomplir un programme sur le long terme à l’intersection de la physique nucléaire et de la physique des particules regroupant des centaines de physiciens dans le monde.

 

Pendant les années 1970 les physiciens ont établi avec succès une formulation de l’interaction forte, même si celle-ci demeure mystérieuse à plusieurs égards. Il s’agit de la Chromo Dynamique Quantique (QCD). Cette théorie fondamentale stipule que les particules interagissant fortement sont constituées de quarks et de gluons, collectivement dénommés partons. Quarks et gluons sont les degrés de liberté définissant QCD, mais cette théorie décrit toutes les particules interagissant fortement : hadrons et noyaux. Une question majeure est la compréhension de l’émergence des propriétés des hadrons (mass, spin, etc.) à partir de l’organisation collective des partons.

 

Pendant la seconde moitié des années 1990, des théoriciens ont défini le concept prometteur de Distribution de Partons Généralisée (GPD). Pour la première fois en 70 ans d’études de la structure du proton apparaît la possibilité d’une représentation en 3 dimensions de sa structure interne, ainsi qu’un chemin possible vers la résolution de questions anciennes comme l’origine du spin du proton. Les théoriciens ont aussi proposé plusieurs manières d’accéder aux GPD expérimentalement (elles paramètrent les observables de certains processus d’une manière parfaitement contrôlée théoriquement). Ces résultats ont établi la possibilité d’une tomographie expérimentale des hadrons.

 

Les premières preuves expérimentales convaincantes ont été obtenues au début des années 2000 et les résultats des premières expériences consacrées aux GPD ont été publiées en 2006 et 2007. Cependant la réalisation de ce programme de physique requiert des mesures très précises d’un grand nombre d’observables différentes afin de permettre une détermination expérimentale complète des GPD. Ce travail expérimental continuera au moins pendant les 10 prochaines années dans des laboratoires internationaux, notamment le « Thomas Jefferson National Laboratory” (Jefferson Lab, or JLab) et le “European Organization for Nuclear Research” (CERN). Les prochaines années seront marquées par des mesures d’une précision inégalée. La physique des GPD est aussi une composante clé du programme de physique d’un éventuel futur Collisionneur Electron Ion (EIC) à l’horizon 2025.

 

Notre projet est conçu pour répondre aux besoins de la communauté internationale de physique hadronique. Son architecture consiste en :

• Une base de données exhaustive de résultats expérimentaux;

• Une base de données exhaustive de prédictions théoriques;

• Un logiciel rapide et efficace d’extraction de GPD à partir d’observables issues de processus spécifiques;

• Une stratégie robuste de propagation des incertitudes systématiques et statistiques sur les GPD extraites, et d’évaluation des incertitudes systématiques sur les paramétrisations de GPD ;

• Un outil de visualisation pour comparer résultats expérimentaux et prédictions théoriques ;

• Une interface pour relier les éléments précédents à différentes descriptions d’installations expérimentales pour définir de nouvelles expériences;

• Un site web interactif donnant un accès libre aux modèles et aux valeurs expérimentales des GPD, destiné à la communauté mondiale de physique hadronique ainsi qu’à un public plus large (vulgarisation scientifique et ouvertures vers la recherche actuelle pour lycéens et étudiants de l’enseignement supérieur).

 

Les premières mesures de haute précision sont prévues au CERN dès 2014. A ce moment la première phase du programme de physique de Jefferson Lab sera terminée, et la seconde sur le point de démarrer. La mise en service de l’environnement logiciel décrit ici sera l’outil idéal pour accomplir le pas suivant et achever ce programme de physique. 

 
Projet ANR PARTONS

Membres du projet. Les quatre partenaires impliqués dans le projet PARTONS sont l'Irfu (SPhN et SPP), l'IPN Orsay, le CPhT (Ecole Polytechnique) et le LPT Orsay.

 

Membres du projet et partenaires

 

Irfu, SPhN

- BESSE, Adrien

- GARCON, Michel

- GUICHON, Pierre

- MEZRAG, Cédric

- MOUTARDE, Hervé

- SABATIE, Franck

 

Irfu, SPP

- MEYER, Jean-Pierre

 

 

IPN, Université d'Orsay

- BOER, Marie

- GUIDAL, Michel

- JO, Hyon-Suk

- MUNOZ CAMACHO, Carlos

- NICCOLAI, Silvia

 

 

 

CPhT, Ecole Polytechnique

- PIRE, Bernard

 

 

LPT, Université d'Orsay

- WALLON, Samuel

 

Publications

 

P. Kroll, H. Moutarde et F.Sabatié, From hard exclusive meson electroproduction to deeply virtual Compton scattering, Eur. Phys. J. C73 (2013) 2278 [arXiv:1210.6975 [hep-ph]].

 

H. Moutarde, B. Pire, F. Sabatie, L. Szymanowski et J. Wagner, On timelike and spacelike deeply virtual Compton scattering at next to leading order, Phys. Rev. D87 (2013) 054029 [arXiv:1301.3819 [hep-ph]].

 

M. Guidal, H. Moutarde et M. Vanderhaeghen, Generalized Parton Distributions in the valence region from Deeply Virtual Compton Scattering, Rep. Prog. Phys. 76 (2013) 066202 [arXiv:1303.6600 [hep-ph]].

 

B. Pire, K. Semenov-Tian-Shansky et L. Szymanowski, QCD description of charmonium plus light meson production in antiproton-nucleon annihilation, Phys. Lett. B724 (2013) 99 [arXiv:1304.6298 [hep-ph]].


C. Mezrag, H. Moutarde et F. Sabatié, Test of two new parameterizations of the Generalized Parton Distribution H, Phys. Rev. D88 (2013) 014001 [arXiv:1304.7645 [hep-ph]].

 

B. Pire, L. Szymanowski et S. Wallon, Chiral-odd pion generalized parton distributions beyond leading twist [arXiv:1309.0083 [hep-ph]].

 

 

 
#3297 - Màj : 04/10/2017

 

 

Retour en haut