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Le principe de la polarimétrie Compton
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De nombreuses expériences de Physique proposées dans le Hall A du
laboratoire Thomas Jefferson requièrent une mesure de la
polarisation des particules incidentes aussi souvent, rapidement et
précisément que possible.
Ces mesures peuvent être entreprises par des polarimètres utilisant
l'interaction Möller ou Mott. L'inconvénient de ces techniques
réside dans la nécessité d'introduire dans le faisceau et en amont de la
cible de l'expérience principale, une cible solide. Les caractéristiques du
faisceau en positions, angles et énergie sont alors bouleversées par
la violence de l'interaction. Par conséquent, ces mesures ne peuvent être
entreprises simultanément à l'expérience de Physique. Une autre solution
technique doit être développée dans le but de ne pas dégrader les qualités
du faisceau. C'est le principe de la polarimétrie Compton.
Le faisceau d'électrons du laboratoire Thomas Jefferson, dont la
polarisation est retournée 30 fois par seconde à la source, interagit avec
un faisceau laser dont la polarisation circulaire est continuellement
mesurée par un dispositif optique.
D'un point de vue théorique
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La diffusion Compton d'électrons
polarisés sur des photons polarisés est parfaitement
décrite par
l'électrodynamique quantique (Q.E.D en bon anglais). La section efficace (la
probabilité d'interaction) s'exprime en fonction de l'énergie des particules
incidentes, de l'angle de diffusion et dépend de l'hélicité des électrons
incidents. Autrement dit, les sections efficaces ne sont pas égales
si
l'hélicité de l'électron incident est positive
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(spin de l'électron pointant
dans le sens de propagation) ou négative. Le rapport de la différence sur la
somme de ces deux sections efficace constitue l'asymétrie de sections
efficace Compton théorique Ath. Avec les paramètres
cinématiques du faisceau d'électrons de Jefferson Laboratory, cette
asymétrie est estimée à 2%.
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D'un point de vue expérimental
Les probabilités d'interaction étant différentes suivant la polarisation des
électrons incidents, les nombres d'interaction au cours d'un même laps
de temps dans des configurations de polarisation positive puis négative
doivent eux aussi différer et ce proportionnellement, entre autres,
à la section efficace. Comme précédemment, on calcule une asymétrie de taux
de comptage Aexp.
Le passage de l'un à l'autre
C'est tout simplement le produit des polarisations du faisceau d'éléctrons
incidents et du faisceau de photons.
Aexp = Pelectron P
photon Ath
En mesurant la polarisation des photons et l'asymétrie expérimentale, en
calculant l'asymétrie théorique, on peut en déduire la polarisation du
faisceau d'électrons.
Un électron sur 10 milliards interagit avec un photon du faisceau laser. Par
seconde, c'est plus de 100000 interactions qui ont lieu. La proportion
d'électrons du faisceau participant à ces interactions est par conséquent
si faible que la
mesure en devient complètement non-destructive pour les caractéristiques
générales du faisceau d'électrons incidents.
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