Service de Physique Nucléaire

Thématique et contexte du projet

Compass= Common Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy
Le programme expérimental Compass comporte deux volets :
- La structure en spin du nucléon : polarisation des gluons, transversité, polariastion des quarks...
- La spectroscopie des hadrons : hadrons charmés, états exotiques, glueballs,...


Localisation L'expérience Compass NA58 est située auprès de l'accélérateur SPS du Cern à Genève.

Collaboration La collaboration Compass regroupe 26 instituts venant de 12 pays, dont l'Allemagne, l'Italie, la France et la Russie.

Pour l'étude de la structure en spin du nucléon, un faisceau de muons naturellement polarisé de haute intensité (2 10⁸ μ/s) et d'énergie de 160 GeV est diffusé sur une cible polarisée de deutons (Li6D) ou protons (NH3). Pour déterminer la contribution du spin des gluons au spin du nucléon, on mesure l'asymétrie de spin des événements de 'fusion photon gluon' qui sont sensibles à la distribution des gluons dans le nucléon. Deux processus permettent de 'signer' ces événements: la production d'un méson charmé D0 dont on détecte les produits désintégration, un pion et un kaon, ou la production d'une paire de hadrons à grande impulsion transverse. La prise de données dure environ cinq mois chaque année depuis 2002, date de mise en service du spectromètre, et à l'exception de 2005, où aucun faisceau n'a été délivré.

Description technique

Un spectromètre à haute résolution et supportant les hauts flux de particules a été mis au point pour identifier et reconstruire la trajectoire des particules sortantes, muons, pions et kaons. Il est constitué de 2 étages, le premier pour les grands angles et le second pour les petits angles. Chaque étage comprend un aimant dipolaire entouré de détecteurs de particules (fibres scintillantes, détecteurs à micropistes dont 12 détecteurs Micromegas et des GEMs, chambres à fils, etc…) permettant de reconstruire la trajectoire des particules et donc leur impulsion, des calorimètres hadroniques et électromagnétiques, et un mur à muons. Un détecteur de type "Rich" (Rich Imaging Cerenkov) permet la distinction des pions, kaons et protons. Le spectromètre est opérationnel depuis 2002.


Spécificités

- Cible polarisée de grand volume (3 cellules de 30, 60 et 30 cm de long) dans solénoide supraconducteur.
- Système complet de détection des particules chargées avec identification des muons, pion, kaons, protons.
- Détecteurs Micromégas haut flux résolution <90 um; détecteurs GEMs.
- Chambres à dérive 1.2x1.2m2 supportant flux élevé, résolution spatiale ~200um.
- Rich (Rich Imaging Cerenkov)pour identification pions, kaons, protons.
- Système d'acquisition permettant d'enregistrer des volumes importants de données ( > 300 mégaoctets par cycle de 16.8s).

Contribution du Dapnia

Responsabilités scientifiques et techniques

DEVELOPPEMENTS TECHNIQUES POUR OPERATION DES 2002:

- Conception, réalisation et fonctionnement de 12 détecteurs Micromégas de 40x40 cm², actuellement les plus grands détecteurs gazeux à micropistes. Tenue au flux (450 kHz) remarquable, résolution spatiale 70um à bas flux, 90um à haut flux, résolution temporelle 9ns.
- conception et réalisation de l'électronique rapide associée (12000 voies), dont conception chip ampli-discri SFE16.
- réalisation et fonctionnement de 3 chambres à dérive de 1.2x1.2 m² (8 plans par chambre, haut flux, résolution spatiale ~200um) et de l'électronique de lecture ( Amplis ASD8 + TDC F1).
- remise en service solénoïde supra de SMC, et utilisation de 2001 à 2004
- développement des programmes de reconstruction des traces dans le spectromètre.
- développement du programme de calcul analytique d'erreurs. pour optimisation choix geométrie detecteurs

RESPONSABILITES SCIENTIFIQUES DU GROUPE:
- porte-parole de l'expérience de 02/2003 à 02/2009.
- coordination du run (2002, 2003, 2006 et 2007).
- coordination de l'analyse de 10/1999 à 06/2001.
- coordination technique (07/2003-07/2006).
- comité de publication (07/2001-12/2007).

DEVELOPPEMENTS TECHNIQUES RECENTS POUR RUNS 2006 ET AU DELA:
- Aimant Cible: solénoide supra grande ouverture; tests à froid, réparation et instrumentation (voir projet spécifique)
- réalisation d'une grande chambre à dérive de 2x2 m2 (8 plans) adaptée à l'ouverture du nouvel aimant Compass.
- nouvelle électronique chip APV: 60000 voies pour photodétecteurs du RICH
- réfection détecteurs Micromegas avec grilles cuivre mince

Contact:

Fabienne KUNNE

Etats et perspectives

Dates importantes

1997 : Approbation de l'expérience ;
1997-2001 : Construction détecteurs ;
2001-2002: Mise au point sectromètre ;
2002 : Début des prises de données ;
2003 : Mise en évidence signal D0 ;
2004 : Premier résultat sur asymétrie spin (photon gluon fusion, voie grands pT).
2005 : 3 publications(PRL et PLB)
- g1d et réévaluation plus précise de contribution du spin des quarks au spin du nucléon
- transvesité (données 2002)
- recherche (négative) du pentaquark phi

2006-2007    7 PUBLICATIONS :

- Première mesure précise de polarisation du gluon (voie grands pT, petits Q2, données 2002+2003) PLB 633(2006)25
- g1d et premier moment: PLB 647 (2007)8
- Transversité (Collins et Sivers Asym) données 2003: NPB765 (2007) 31-70
- spectromètre COMPASS (63 pages): NIMA 577 (2007) 455
- g1d low x:  PLB 647(2007)330
- Rho0 double spin asymmetry: accepté par ECJC
- Polarized valence quarks : soumis à PLB

+"RELEASE" DE RESULTATS NOUVEAUX dans les conférences, dont:

- Analyse globale des donnees mondiales g1p et g1d, incluant les récentes données très précises de Compass: extraction de deux solutions possibles, extrêmes pour la polarisation des gluons DG(x,Q²) , en supposant une paramétrisation de départ.

- Observation des pions