Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Processus Drell-Yan polarisé et distributions de partons dépendant du moment transverse (TMD) dans le nucléon

Grâce à l’utilisation conjointe d’un faisceau de pions de haute énergie et d’une cible de nucléons polarisés transversalement, COMPASS est la première expérience à pouvoir mesurer directement des événements de type Drell-Yan dépendant du spin. Le processus Drell-Yan (annihilation d’un quark et d’un anti quark en une paire de leptons q qbarà l⁺ l^-) a été utilisé dans le passé pour étudier entre autres les distributions simples de quarks dans le nucléon. Les faisceaux actuels, la cible polarisée et le spectromètre COMPASS permettent de réaliser des mesures de plus grande précision, et surtout d’accéder aux distributions dépendant du moment transverse (TMDs) des partons. Ces mesures sont tout à fait complémentaires des mesures de TMDs déjà réalisées en diffusion profondément inélastique semi-inclusive également à COMPASS. De ce fait, on peut étudier l’universalité des distributions TMDs, un résultat attendu par les théoriciens depuis 2002. C’est ce qui est entrepris à COMPASS.

Dispositif expérimental : Le faisceau de pions de 190 GeV produit les antiquarks (de la région de « valence » du méson pion) qui s’annihilent avec les quarks (également de valence) du proton cible. L’événement Drell-Yan est signé par la création d’une paire de leptons, dans ce cas un muon positif et un muon négatif. Les muons sont très facilement identifiés, étant les seuls à traverser un énorme absorbeur de tungstène et béton. La cible comprend deux cellules où les protons sont polarisés transversalement et dans les deux directions opposées. Des mesures de différentes asymétries azimutales des produits de la réaction, entre les deux cellules, permettent de déterminer simultanément plusieurs TMDs.

Résultats et perspectives : Les premières mesures donnent un résultat très prometteur pointant vers l’universalité des TMDs. La prise de données se poursuit en 2018 pour améliorer la précision de ces mesures. En parallèle, les événements Drell-Yan produits sur différentes cibles nucléaires sont analysés pour étudier la structure interne du pion qui demeure mal connue. La possibilité de produire dans le futur (au-delà de 2023) des faisceaux enrichis en kaons ou antiprotons est à l’étude. On aurait alors accès à la structure en quarks des kaons.