L’étude expérimentale et théorique de la structure du nucléon en termes de ses constituants élémentaires, quarks et gluons, est un axe de recherches au cœur de programmes expérimentaux actuellement menés à Jefferson Lab (US) ou au CERN. C’est une des justifications majeures à la construction d’un futur collisionneur électron–ion (EIC). Cette thématique, au confluent de la relativité restreinte et de la mécanique quantique, bénéficie d’un cadre théorique (la Chromo Dynamique Quantique, QCD) bien établi, et de perspectives expérimentales bien définies. Les distributions de partons généralisées (GPD) et les distributions de partons dépendant de l’impulsion transverse (TMD) offrent un regard neuf sur le nucléon : elles donnent accès, pour la première fois, à des informations complémentaires en trois dimensions sur la structure du nucléon.



GPD et TMD sont deux facettes d’un objet plus général, la distribution de Wigner, qui est l’analogue quantique et relativiste de la fonction de distribution rencontrée par exemple en physique statistique. Ensemble, GPD et TMD ouvrent la voie à une description de l’espace des phases (positions et quantités de mouvement) accessible aux quarks et aux gluons à l’intérieur du nucléon. Jusqu’à aujourd’hui, les GPD et TMD ont été au centre de programmes de recherche actifs mais encore très largement indépendants du fait de la complexité de chacun de ces sujets.



Les GPD sont accessibles aux travers de certains processus exclusifs (toutes les particules dans l’état final sont détectées) tels que la diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS) ou la diffusion de mésons profondément virtuelle (DVMP). Les TMD sont accessibles au travers d’autres processus, tels que la diffusion profondément inélastique semi-inclusive (SIDIS) ou le processus Drell-Yan (DY). Tous ces processus font l’objet d’études intenses, et certains d’entre eux ont déjà livrés des milliers d’observables dont l’analyse détaillée est en cours. Les recherches liées aux GPD et TMD sont arrivées à maturité expérimentale, théorique et technique, et sont à l’aube d’une ère de phénoménologie de précision.



Le candidat doctorant se concentrera sur la construction de nouveaux modèles de GPD et de TMD de nucléon reposant sur des hypothèses de modélisation communes, et procédera à la phénoménologie associée à ces modèles. Il évaluera l’apport à la description de la structure 3D du nucléon de cette première analyse commune des données expérimentales associées aux GPD et aux TMD.

1. Construction d’un modèle de GPD et TMD à partir de fonctions d’ondes sur le cône de lumière en s’appuyant sur la stratégie générale dite d’extension covariante. Une attention particulière sera accordée à la description du nucléon ou bien en termes d’un état lié d’un quark et d’un diquark, ou bien comme un état lié de trois quarks.

2. Calculs des différentes observables associées à ces GPD et TMD, au moins dans le cadre des processus DVCS et DY au moyen des codes PARTONS et ArTeMiDe , et comparaison aux données expérimentales existantes. Contraintes éventuelles sur les fonctions d’ondes utilisées pour construire les modèles de GPD et TMD.

3. Etude de la structure 3D du nucléon à partir des fonctions d’ondes sur le cône de lumière ainsi contraintes par les données expérimentales, en particulier structure en spin, énergie, quantité de mouvement, ou pressions longitudinale et transverse.



Cet ensemble d’activités peut toutefois être amené à évoluer en fonction des avancées théoriques d’une part et de la publication de nouvelles mesures d’autre part. Dans l’ensemble, il faut préciser que si ce sujet comporte une part de programmation soignée, l’essentiel de l’effort portera sur la physique. En effet, la majeure partie de l’activité informatique sera traitée par un informaticien professionnel travaillant dans le cadre de l’infrastructure d’accès virtuel 3DPartons financée par l’Union Européenne de 2019 à 2023 dans le cadre de la proposition STRONG-2020. Ceci permettra de concentrer les efforts du candidat doctorant sur la modélisation, l’analyse physique et l’interprétation des résultats.