Search

Positron beams, both polarized and unpolarized, are identified as essential ingredients for the experimental programs at the next generation of lepton accelerators. In the context of the hadronic physics program at Jefferson Lab (JLab), positron beams are complementary, even essential, tools for a precise understanding of the electromagnetic structure of nucleons and nuclei, in both the elastic and deep-inelastic regimes. For instance, elastic scattering of polarized and unpolarized electrons and positrons from the nucleon enables a model independent determination of its electromagnetic form factors. Also, the deeply-virtual scattering of polarized and unpolarized electrons and positrons allows unambiguous separation of the different contributions to the cross section of the lepto-production of photons and of lepton-pairs, enabling an accurate determination of the nucleons and nuclei generalized parton distributions, and providing an access to the gravitational form factors. Furthermore, positron beams offer the possibility of alternative tests of the Standard Model of particle physics through the search of a dark photon, the precise measurement of electroweak couplings, and the investigation of charged lepton flavor violation. This document discusses the perspectives of an experimental program with high duty-cycle positron beams at JLab., Comment: 18 pages, 7 figures This version superseeds the previous version which scientific content was decomposed into several more elaborated articles. All of these articles will be collected in the EPJ A Topical Issue about "Positron beam and physics at Jefferson Lab (e+@Jlab)" more...

The exclusive reaction $\gamma p \to p K^+ K^-$ was studied in the photon energy range $3.0 - 3.8 \mbox{ GeV}$ and momentum transfer range $0.6, Comment: arXiv admin note: text overlap with arXiv:0907.1021 more...

International audience; The Central Neutron Detector, a recently constructed scintillator barrel which is used in CLAS12 at Jefferson Lab to detect 0.2–1 GeV neutrons at backwards angles, is here described. The motivations and R&D; tests leading to its final design, based on three radial layers of coupled paddles with one-side light readout by photomultipliers plus “U-turn” lightguides on the other side, are outlined. The performance of the detector, evaluated from cosmic-ray tests and simulations, which satisfies the physics requirements, is reported. more...

The heavy photon search (HPS) experiment in Jefferson Lab (USA) is looking for a new vector gauge boson, called "heavy photon" or "dark photon", in a mass range of 20 MeV to 1000 MeV. Such particle can couple to the standard model photon through kinetic mixing and therefore can be radiated in electron scatterings. Using a high intensity, one to six GeV electron beam sent onto a tungsten target, HPS will look for a narrow resonance above the QED background that would be a signature of a dark photon. HPS will also exploit the fact that for small couplings, this dark photon would also travel a detectable distance before decaying, providing a second signature in the form of a vertex away from the target. In this thesis, I will present the motivations to look for such a dark photon in this particular domain of phase space, then present the HPS spectrometer, with a particular focus on the electromagnetic calorimeter which was a focus of my work. Then, I will present my work using a Monte-Carlo integration to calculate the cross section of the expected background QED processes for the HPS experiment. The final part of my work presented in this thesis will be focused on my data analysis, looking for a bump on the QED background, I carried out using data taken in Spring 2015.; L'expérience HPS (Heavy Photon Search) au Jefferson Lab (USA)recherche un nouveau boson de jauge vecteur, nommé "photon lourd" ou "photon sombre", dans une fourchette de masse allant de 20 à 1000 MeV. Une telle particule couplerait avec le photon du modèle standard par effet de "kinetic mixing" et pourrait ainsi être émis par l'intermédiaire d'électrons. En utilisant un faisceau d'électron de haute intensité d’un à six GeV envoyé sur une cible de tungstène, HPS cherche à détecter une fine résonance dans le bruit de fond produit par les processus QED qui serait la signature d'un photon lourd. HPS exploitera aussi le fait qu'à très petit couplages, le photon lourd se désintègrera après une distance détectable, fournissant ainsi une seconde signature sous la forme d'un vertex éloigné de la cible. Dans cette thèse, je présente les motivations pour une telle recherche de photon lourd dans ce domaine spécifique de l'espace de phase, puis je présente le spectromètre HPS, en détaillant en particulier le calorimètre électromagnétique qui a été l'un de mes sujets d'étude. Ensuite, je présente mon travail utilisant une intégration Monte-Carlo pour calculer la section efficace des processus QED attendus dans l'expérience HPS. Finalement, je présente dans cette thèse mon analyse de donnée pour la recherche d'un pic sur le bruit de fond QED dans les données acquises au printemps 2015. more...

The heavy photon search (HPS) experiment in Jefferson Lab (USA) is looking for a new vector gauge boson, called "heavy photon" or "dark photon", in a mass range of 20 MeV to 1000 MeV. Such particle can couple to the standard model photon through kinetic mixing and therefore can be radiated in electron scatterings. Using a high intensity, one to six GeV electron beam sent onto a tungsten target, HPS will look for a narrow resonance above the QED background that would be a signature of a dark photon. HPS will also exploit the fact that for small couplings, this dark photon would also travel a detectable distance before decaying, providing a second signature in the form of a vertex away from the target. In this thesis, I will present the motivations to look for such a dark photon in this particular domain of phase space, then present the HPS spectrometer, with a particular focus on the electromagnetic calorimeter which was a focus of my work. Then, I will present my work using a Monte-Carlo integration to calculate the cross section of the expected background QED processes for the HPS experiment. The final part of my work presented in this thesis will be focused on my data analysis, looking for a bump on the QED background, I carried out using data taken in Spring 2015.; L'expérience HPS (Heavy Photon Search) au Jefferson Lab (USA)recherche un nouveau boson de jauge vecteur, nommé "photon lourd" ou "photon sombre", dans une fourchette de masse allant de 20 à 1000 MeV. Une telle particule couplerait avec le photon du modèle standard par effet de "kinetic mixing" et pourrait ainsi être émis par l'intermédiaire d'électrons. En utilisant un faisceau d'électron de haute intensité d’un à six GeV envoyé sur une cible de tungstène, HPS cherche à détecter une fine résonance dans le bruit de fond produit par les processus QED qui serait la signature d'un photon lourd. HPS exploitera aussi le fait qu'à très petit couplages, le photon lourd se désintègrera après une distance détectable, fournissant ainsi une seconde signature sous la forme d'un vertex éloigné de la cible. Dans cette thèse, je présente les motivations pour une telle recherche de photon lourd dans ce domaine spécifique de l'espace de phase, puis je présente le spectromètre HPS, en détaillant en particulier le calorimètre électromagnétique qui a été l'un de mes sujets d'étude. Ensuite, je présente mon travail utilisant une intégration Monte-Carlo pour calculer la section efficace des processus QED attendus dans l'expérience HPS. Finalement, je présente dans cette thèse mon analyse de donnée pour la recherche d'un pic sur le bruit de fond QED dans les données acquises au printemps 2015. more...

The missing mass spectroscopy of the HeΛ7 hypernucleus was performed using the Li7(e, e ′K+)HeΛ7 reaction at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility Hall C. The Λ- binding energy of the ground-state (1/2+) was determined with a smaller error than that of the previous measurement, being BΛ=5.55±0.10stat.±0.11sys.MeV. The experiment also provided new insight into charge symmetry breaking in p-shell hypernuclear systems. Finally, a peak at BΛ=3.65±0.20stat. ±0.11sys.MeV was observed and assigned as a mixture of 3/2+ and 5/2+ states, confirming the "gluelike" behavior of Λ, which makes an unstable state in He6 stable against neutron emission. more...

This issue of Fizika B (Zagreb) volume 20 (2011) contains selected papers on topics presented at 3rd International Conference on Nuclear and Particle Physics with CEBAF at Jefferson LAB held in Dubrovnik from 3rd until 8th October 2010 (NAPP 2010). more...

L'interaction forte, qui permet de lier entre eux les quarks afin de former les nucléons, est assez bien décrite par la chromodynamique quantique (QCD) à très haute énergie lorsque les quarks sont quasiment libres. Mais cette interaction, qui permet aussi de lier les nucléons entre eux pour former les noyaux, est incalculable à basse ou moyenne énergie lorsque les quarks sont confinés. La physique des énergies intermédiaires essaye de comprendre comment les caractéristiques des nucléons ou mésons, ainsi que leur interaction effective, peuvent s'expliquer à partir des quarks et interactions de QCD. C'est dans ce cadre que je travaille depuis mon entrée au CNRS il y a maintenant 15 ans. Ma première activité a été la construction et l'utilisation d'un polarimètre à deuton qui a été utilisé au Laboratoire National SATURNE pour diverses expériences avec des hadrons de basses énergies, et plus récemment au Thomas Jefferson National Laboratory aux États-Unis pour l'expérience $t_{20}$. Puis je me suis engagé ces 10 dernières années dans la mesure du quark étrange dans les propriétés électromagnétiques du nucléon. Le Thomas Jefferson National Laboratory (TJNAF aussi appelé JLab pour Jefferson Laboratory) héberge l'accélérateur d'électrons de dernière génération CEBAF (Continuous Electron Beam Facility) qui est capable de produire des faisceaux de haute énergie (jusqu'à 6 GeV), très intenses et avec une très grande polarisation. C'est grâce à des accélérateurs comme celui-ci qu'a été possible le développement des expériences de mesure de violation de parité en diffusion d'électron. En 1998, la collaboration $G^{0}$ a commencé la construction d'un détecteur dédié à ce genre de mesures, avec comme objectif de séparer les contributions du quark étrange à la structure électrique et magnétique des nucléons. Deux laboratoires en France étaient engagés dans cette collaboration et avaient en charge la construction de la moitié du détecteur et de l'électronique associée pour la première phase de cette expérience qui s'est déroulée entre 2002 et 2005. Parallèlement, le LPSC Grenoble a développé de nouveaux détecteurs ainsi que leur électronique pour la deuxième phase de ce programme qui s'est déroulée entre 2001 et 2009. Dans le premier chapitre, j'expose le formalisme qui permet d'accéder à la contribution des quarks étranges puis, après une présentation des techniques expérimentales de violation de parité pour mesurer cette contribution, je décris les différentes expériences en diffusion d'électron. Dans le chapitre expérimental, je me concentre sur l'expérience $G^{0}$ qui a été mon activité de recherche dominante des 11 dernières années. Le chapitre 4 est consacré au bilan de 15 ans de programme expérimental dans ce domaine et présente ce que l'on sait aujourd'hui à partir de toutes ces mesures. more...

Séminaire du GDR Nucléon

Photoproduction of the cascade resonances has been investigated in the reactions $\gamma p \to K^+ K^+ (X)$ and $\gamma p \to K^+ K^+ \pi^- (X)$. The mass split of the $\Xi$ doublet is measured to be $5.4\pm 1.8$ MeV/c$^2$, consistent with existing measurements. The differential (total) cross sections for the $\Xi^{-}$ have been determined for photon beam energies from 2.75 to 3.85 (4.75) GeV, and are consistent with a possible production mechanism of $Y^*\to K^+\Xi^-$ through a $t$-channel process. The reaction $\gamma p \to K^+ K^+ \pi^-[\Xi^0]$ has also been investigated in search of excited cascade resonances. No significant signal of excited cascade states other than the $\Xi^-(1530)$ is observed. The cross section results of the $\Xi^-(1530)$ have also been obtained for photon beam energies from 3.35 to 4.75 GeV., Comment: 10 pages, 10 figures more...

Hadron propagation in the nuclear medium is essential for building an accurate model of the nuclear many-body system. Quasi-free electron scattering from nuclei is one of the tools used in the study of hadron propagation effects in the nuclear medium. Electroproduction and propagation of kaons from nuclei provides an additional (strangeness) degree of freedom, inaccessible with other hadrons. An experiment to measure the transparency of pions was completed in Dec 2004 at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Hall C. Using same data set, we report the first measurement of the nuclear transparency of kaons for ¹²C, ⁶³Cu and ¹⁹⁷Au nuclei at Q²= 1.1, 2.0 and 3.0 (GeV/c)². We have also extracted the average effective kaon-nucleus cross section from the nuclear transparency. The Q² and A dependence of the transparency and average effective cross section are compared to results from kaon-nucleus scattering data and found consistent within experimental uncertainties. more...

This paper briefly reviews the present status of strange nuclear physics. Recently, significant progress has been made. One example to be discussed is a new, electroproduction experiment which offers the possibility of obtaining hypernuclear spectra with at least a factor of 3 better resolution than previously. However, many different experiments impact a spectrum of problems from weak interactions to astrophysics. Although in this short paper it is not possible to cover many topics in depth, sufficient information is provided so that the interested reader can obtain all of the most relevant material., Kratko se raspravlja o stranoj nuklearnoj fizici. Nedavno je načinjen važan napredak. Primjer koji se raspravlja je novo mjerenje elektrotvorbe koje pruža mogućnost za dobivanje Λ hiperjezgri s razlučivanjem boljim barem tri puta od dosadašnjih. Međutim, mnoga se različita mjerenja sučeljavaju s nizom teškoća od slabih međudjelovanja do astrofizike. Ovdje se ne raspravljaju podrobnije mnoge teme, ali se izlažu podaci kojima se može dobiti najveći dio povezane građe. more...

This paper presents a large solid angle measurement of the positive pion absorption cross-section on 4He and its decomposition into partial channels. A large fraction of the absorption cross-section at incident pion kinetic energies of Tπ+ =70, 118, 162, 239, and 330 MeV is due to multinucleon channels., Daju se ishodi mjerenja pod velikim prostornim kutom udarnog presjeka za apsorpciju pozitivnih piona u He4 i razdjela na pojedine kanale. Velik dio apsorpcijskog udarnog presjeka za energije upadnih piona od Tπ+ =70, 118, 162, 239 i 330 MeV je posljedica višenukleonskih kanala. more...

This thesis, divided into two parts, presents the calculation of radiative corrections to virtual Compton scattering (VSC) and describes the magnetic method (ARC project) adopted in the Hall A of Jefferson Lab. to measure the electron beam energy within an accuracy of 10-4.Virtual Compton scattering experiments allow us to access to new proton observables: the generalized polarizabilities. As the extraction of those polarizabilities is made by comparing experimental and theoretical cross sections, systematical errors and radiative effects related to the experiments must be very accurately controlled. Therefore, a complete calculation of internal radiative corrections has been done in the frame work of quantum electrodynamics. This original calculation takes into account all graphs which contribution to the cross section is in alpha^4 except those related to proton radiation and to the exchange of two photons between leptonic and hadronic arms. The dimensional regularization method has been used for ultraviolet and infrared divergences treatment. After an addition-subtraction procedure, the infrared compensation is verified. Analytical calculation has been favored for the more internal integrals and then a specific numerical treatment has been employed for all other integrals. The results presented correspond to the different kinematics of VCS experiment which was held at TJNAF.The method of absolute energy measurement we developed is based on the magnetic deviation composed of eight identical dipoles and leading the beam to the Hall A. The energy is determined from the measurement of the bending angle of the beam and from the measurement of the magnetic field integral along the deviation. The measurement of the bending angle is decomposed in a punctual measurement of a reference angle (by autocollimation) and in an on-line measurement of the deviations of the beam from that reference angle (four wire scanners are used). The absolute field integral along the deviation results from the punctual measurement of the relative field integral of the eight dipoles to a reference magnet and from the on-line measurement of that reference magnet.; Cette thèse, articulée en deux parties, présente le calcul des corrections radiatives à la diffusion Compton virtuelle (VCS) et décrit la méthode magnétique (projet ARC) adoptée dans le Hall A à Jefferson Lab. pour mesurer l'énergie absolue du faisceau d'électrons avec une précision de 10-4.Les expériences de diffusion Compton virtuelle nous permettent d'accéder à de nouvelles observables du proton : les polarisabilités généralisées. L'extraction de ces polarisabilités s'effectuant par comparaison des sections efficaces expérimentale et théorique, il est indispensable de contrôler avec une grande précision les erreurs systématiques et les effets radiatifs liés à l'expérience. Un calcul complet des corrections radiatives internes a donc été mené dans le cadre de l'électrodynamique quantique. Ce calcul inédit tient compte de tous les graphes contribuant à l'ordre alpha^4 au niveau de la section efficace à l'exception de ceux mettant en jeu l'échange de deux photons entre les bras leptonique et hadronique ainsi que ceux relatifs au rayonnement du proton. La méthode de régularisation dimensionnelle a été employée pour le traitement des divergences ultraviolettes et infrarouges. Après utilisation d'une procédure d'addition-soustraction, la compensation infrarouge est vérifiée. Nous avons privilégié le calcul analytique pour les intégrales les plus internes et avons eu ensuite recours à un traitement numérique spécifique. Les résultats présentés correspondent aux différentes cinématiques de l'expérience VCS qui s'est déroulée à TJNAF en 1998. La méthode de mesure absolue d'énergie que nous avons développée s'appuie sur la déviation magnétique, constituée de huit dipôles identiques, conduisant le faisceau de l'accélérateur au hall A expérimental. L'énergie est déterminée à partir de la mesure absolue de l'angle de déviation du faisceau dans le plan horizontal et de la mesure absolue de l'intégrale de champ magnétique le long de la déviation magnétique. La mesure de l'angle de déviation se décompose en une mesure ponctuelle d'un angle de référence (par une méthode optique d'autocollimation) et en une mesure « en ligne » des déviations angulaires du faisceau par rapport à cet angle de référence (utilisation de quatre profileurs à fil : une paire en amont et une paire en aval de l'arc). L'intégrale de champ absolue le long de la déviation résulte, elle, de la mesure ponctuelle de la somme des intégrales de champ relatives des huit dipôles de l'arc par rapport à un aimant de référence et de la mesure « en ligne » de l'intégrale de champ de cet aimant de référence alimenté en série avec les huit autres de l'arc. more...

Hypernuclear spectroscopy with electron beam at JLab Hall C has been studied since 2000. The first experiment, JLab E89-009, demonstrated the possibility of the (e, e′ K+) reaction for hypernuclear spectroscopy by achieving an energy resolution of better than 1 MeV (FWHM). The second experiment, JLab E01-011 employed a newly constructed high resolution kaon spectrometer and introduced a vertically tilted electron arm setup to avoid electrons from bremsstrahlung and Moeller scattering. The setup allowed us to have 10 times yield rate and 4 times better signal to accidental ratio with expected energy resolution of 400 keV (FWHM). The third experiment, JLab E05-115 will be performed in 2009 with employing newly constructed high resolution electron spectrometer and a new charge-separation magnet. With the fully customized third generation experimental setup, we can study a variety of targets up to medium-heavy ones such as 52 Cr . more...