AUCUN

The Generalized Parton Distributions (GPDs) provide a new description of the nucleon structure in terms of its elementary constituents, the quarks and the gluons. The GPDs give access to a unified picture of the nucleon, correlating the information obtained from the measurements of the Form Factors and the Parton Distribution Functions. They describe the correlation between the transverse position and the longitudinal momentum fraction of the partons in the nucleon.Deeply Virtual Compton Scattering (DVCS), the electroproduction of a real photon on a single quark of the nucleon eN -> e'N'γ, is the most straightforward exclusive process allowing access to the GPDs. A dedicated experiment to study DVCS with the CLAS detector of Jefferson Lab has been carried out using a 5.883 GeV polarized electron beam and an unpolarized hydrogen target, allowing to collect DVCS events in the widest kinematic range ever explored in the valence region : 1 < Q^2 < 4.6 〖GeV〗^2, 0.1 < x_B < 0.58, 0.09 < -t < 3 〖GeV〗^2 .In this work, we present the extraction of three different DVCS observables: the unpolarized cross section, the difference of polarized cross sections and the beam spin asymmetry. We present comparisons with GPD model. We show a preliminary extraction of the GPDs using the latest fitting code procedure on our data, and a preliminary interpretation of the results in terms of parton density.

La première partie présente la mesure des polarisabilités généralisées (GPs) électrique αε(Q²) et magnétique βM(Q²) du proton qui sont fonctions du quadri-moment de transfert Q². L'expérience a été réalisée dans le Hall A1 à MAMI (Mayence) avec un faisceau d'énergie de l'ordre de 1 GeV, à Q²=0.45 GeV² (qcm=714 MeV/c et ε=0.63). Le modèle DR (Relations de Dispersion) a été utilisé pour extraire les GPs, αε(Q²) et βM(Q²), ainsi que deux combinaisons linéaires P¿ (Q²) – 1/ε PTT (Q²) et P¿ (Q²). Ces dernières ont été extraites, pour les mêmes données, en utilisant l'approche de basse énergie (LEX) sous le seuil de production du pion. Nos résultats préliminaires montrent un bon accord entre les deux méthodes et offrent une nouvelle contrainte sur la structure du proton à basse énergie. La deuxième partie est dédiée à la mesure de la section efficace totale du processus de diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS) sur le neutron à Q²=1.75 GeV² et xB=0.36. Le processus DVCS permet d'extraire des fonctions universelles "distributions généralisées de partons (GPDs)" permettant de comprendre la structure interne du nucléon en terme de partons. Le DVCS sur le neutron est sensible à la GPD E qui est la moins contrainte à ce jour et dont la connaissance est indispensable pour remonter au moment orbital des quarks. Les données analysées proviennent de l'expérience E08-025 effectuée dans le Hall A de JLab (USA) avec un faisceau d'électrons polarisés d'énergie de l'ordre de 6 GeV et deux cibles d'hydrogène et de deutérium. Nos résultats préliminaires montrent, pour la première fois, une contribution (neutron-DVCS + deuton cohérent-DVCS) non nulle et sont très prometteuses en vue d'une extraction de la GPD "E". / The first part presents the measurement of the generalized αε(Q²) electric and magnetic βM(Q²) polarisabilities (GPs) of the proton which depend on the four-momentum transfer  Q². The experiment was performed in Hall A1 at MAMI (Mainz) with a 1 GeV beam energy at Q² =0.45 GeV² (qcm=714 MeV/c and ε=0.63). The dispersion relations model was used to extract the GPs, αε(Q²) and βM(Q²),  and two linear combinations P¿ (Q²) – 1/ε PTT (Q²) and P¿ (Q²). These last ones were extracted, for the same data, using the low-energy approach (LEX) under the pion production threshold. Our preliminary results show a good agreement between both methods and provide a new constraint on the proton structure at low-energy. The second part is dedicated to the measurement of the total cross section of deeply virtual Compton scattering (DVCS) on the neutron at Q²=1.75 GeV² and xB=0.36. The DVCS process allows to extract the universal functions "generalized parton distributions (GPDs)" which provide  a new understanding the nucleon in terms of partons. The DVCS on the neutron is sensitive to E, the less constrained GPD, which allows  to access the orbital momentum of the quarks. The analyzed data were taken in the E08-025 experiment performed in Hall A at JLab (USA) with a polarized electron beam with energy around 6 GeV and two hydrogen and deuterium targets.  Our preliminary results show, for the first time, a  nonzero (neutron-DVCS + coherent-deuteron-DVCS) contribution and are very promising for the extraction of the GPD "E".

Ce travail présente la mesure des polarisabilités généralisées (GPs) électrique αE(Q2) et magnétique βM(Q2) du proton à Q2 =0.2 GeV 2. Les GPs sont définies dans le contexte de la diffusion Compton virtuelle (VCS), γ*p → γp, où Q2 est le quadri-moment de transfert du photon virtuel. Les GPs sont la généralisation des polarisabilités mesurées en diffusion Compton réel (RCS) en considérant leur dépendance en Q2. Ce sont des propriétés dynamiques du proton définissant sa déformation lorsqu'un champ électromagnétique lui est appliqué. αE(Q2) (ou βM(Q2)) donne accès à la densité de polarisation (magnétisation) locale du proton déformé. L'effet des GPs ne contribuant qu'à 1 – 15 % de la section efficace ep → epγ une mesure de haute précision est requise. Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une expérience conduite par la collaboration A1 de MAMI à trois valeurs inédites de Q2 : 0.1,0.2 et 0.45 GeV 2. L'analyse de premier niveau comporte une calibration détaillée des données expérimentales et l'utilisation d'une simulation de l'expérience. L'extraction des GPs requiert la mesure et la renormalisation des sections efficaces ep → epγ et la correction des effets radiatifs. Les résultats obtenus par le fit « LEX » et « DR » sont en très bon accord. / This work presents the measurement of the generalized electric αE(Q2) and magnetic βM(Q2) polarisabilities (GPs) of the proton. The GPs are defined in the Virtual Compton Scattering (VCS) context, i.e. the reaction γ*p → γp where Q2 is the four-momentum transfer of the virtual photon. The GPs are a generalization of polarizabilities measured in real Compton scattering (RCS) by taking into account the Q2-dependency. They are dynamical properties of the proton when it is deformed by an applied electromagnetic fiels. αE(Q2) (or βM(Q2)) gives access to the local polarization (or magnetization) density of the deformed proton. The studied VCS process is accessible by the photon-electroproduction reaction (ep → epγ). The GP effect is a 1 – 15 % contribution to the ep → epγ cross section, requiring a high-precision mleasurement. The present work is a part of an experiment conducted by the A1 collaboration at MAMI at three new Q2 values : 0.1,0.2 and 0.45 GeV 2. This thesis details the extraction at 0.2 GeV 2. The experiment uses the 1 GeV electron beam, the 5 cm liquid hydrogen target and spectrometers A (B) to detect the final electron (proton). The first-level analysis includes a detailed calibration of experimental data, and the use of a simulation of the experiment. The measurement of the unpolarized ep → epγ cross section is described with two of its important features : the correction of the radiative effects and the renormalization. Two differents frameworks are used to extract the GPs : the Low Energy Theorem (LET) and the dispersion relation model (DR). The two extractions lead to results in good argument. The world data still raises question about the Q2-behavior of the Gps.

Les distributions de Partons Généralisées (GPDs) fournissent une nouvelle description de la structure du nucléon en termes de ses constituants élémentaires, les quarks et les gluons. Les GPDs donnent accès à une image unifiée du nucléon, corrélant l'information obtenu par les mesures des Facteurs de Forme et des Distributions de Parton. Elles décrivent la corrélation entre la position transverse et la fraction d'impulsion longitudinale des partons dans le nucléon.La Diffusion Compton Profondément Virtuelle (DVCS), ou l'électroproduction d'un photon réel sur un quark du nucléon eN -> e’N’γ , est le processus exclusif le plus direct pour accéder aux GPDs.Une expérience dédiée à l'étude du DVCS avec le détecteur CLAS du laboratoire Jefferson a été réalisé en utilisant un faisceau d'électron polarisé et une cible d'hydrogène non polarisée. Cette expérience a permis de collecter des événements DVCS sur le plus large espace cinématique jamais exploré dans la région de valence: 1 < Q^2 < 4.6 〖GeV〗^2, 0.1 < x_B < 0.58, 0.09 < -t < 3 〖GeV〗^2 .Dans ce travail, nous présentons l'extraction de trois observables DVCS différents: la section efficace non polarisée, la différence de section efficace polarisée et l'asymétrie de faisceau. Nous comparons nos résultats à un model de GPD. Nous présentons une extraction préliminaire des GPDs utilisant la dernière procédure d'ajustement aux données, et une interprétation préliminaire des résultats en termes de densité de parton. / The Generalized Parton Distributions (GPDs) provide a new description of the nucleon structure in terms of its elementary constituents, the quarks and the gluons. The GPDs give access to a unified picture of the nucleon, correlating the information obtained from the measurements of the Form Factors and the Parton Distribution Functions. They describe the correlation between the transverse position and the longitudinal momentum fraction of the partons in the nucleon.Deeply Virtual Compton Scattering (DVCS), the electroproduction of a real photon on a single quark of the nucleon eN -> e’N’γ, is the most straightforward exclusive process allowing access to the GPDs. A dedicated experiment to study DVCS with the CLAS detector of Jefferson Lab has been carried out using a 5.883 GeV polarized electron beam and an unpolarized hydrogen target, allowing to collect DVCS events in the widest kinematic range ever explored in the valence region : 1 < Q^2 < 4.6 〖GeV〗^2, 0.1 < x_B < 0.58, 0.09 < -t < 3 〖GeV〗^2 .In this work, we present the extraction of three different DVCS observables: the unpolarized cross section, the difference of polarized cross sections and the beam spin asymmetry. We present comparisons with GPD model. We show a preliminary extraction of the GPDs using the latest fitting code procedure on our data, and a preliminary interpretation of the results in terms of parton density.

L'étude de la structure interne des hadrons nous permet de comprendre la nature des interactions entre les partons, les quarks et les gluons, décrites par la Chromodynamique Quantique. Les processus de diffusion élastique, qui ont été utilisés avec succès pour mesurer les facteurs de forme des nucléons, sont inclus dans ce cadre. Les processus inélastiques sont également inclus dans ce cadre, ils nous permettent d'extraire beaucoup d'information grâce au développement des distributions de partons (PDFs). Par conséquent, tandis que la diffusion élastique d'électrons par le nucléon nous fournit des informations sur la répartition des charges, et donc de la distribution spatiale des composants du nucléon, la diffusion inélastique présente des informations sur la distribution d'impulsions au moyen des PDFs. Cependant, dans les processus inélastiques, il est possible d'étudier les processus exclusifs tels que la Diffusion Compton Profondément Virtuelle (DVCS), qui nous permet d'accéder aux distributions spatiale et d'impulsions des quarks simultanément. Ceci est possible grâce aux fonctions généralisées des distributions de partons (GPDS), qui nous permettent de corréler les deux types de distributions. Le processus connu sous le nom DVCS est le moyen le plus facile pour accéder aux GPDS. Ce procédé implique la diffusion d'un électron par un proton, au moyen de l'échange d'un photon virtuel, qui entraîne la diffusion des particules initiales et l'émission d'un photon réel. Ce processus est en concurrence avec le processus dit Bethe-Heitler, dans lequel le photon réel est émis par l'électron initial ou final. En raison de la faible section efficace de ce type de procédé, de l'ordre du nb, il est nécessaire d'utiliser une installation capable de fournir une haute luminosité pour réaliser les expériences. L'une de ces installations est le Thomas Jefferson National Accelerator Facility, où l'expérience appelée “Complete Separation of Virtual Photon and π⁰ Electroproduction Observables of Unpolarized Proton” a été réalisée au cours de la période entre Octobre et Décembre de 2010. Le principal objectif de cette expérience est la séparation de la contribution du terme provenant du DVCS à partir du terme d'interférence, résultant de la contribution du BH. Cette séparation est appelée “Séparation Rosenbluth”. Cette thèse porte sur le calorimètre électromagnétique qui a été utilisé pour détecter le photon dans l'expérience E07-007 à Jefferson Lab. Il y a aussi une introduction théorique à l'étude de la structure du nucléon, en révisant les concepts de facteurs de forme et des distributions de partons à travers des processus élastiques et inélastiques. Le calcul de la section efficace de la leptoproduction de photons est décrite en détail, ainsi que les buts de l'expérience E07-007. Dans cette thèse on décrit l'analyse des données enregistrées par le calorimètre électromagnétique, avec le but d'obtenir les variables cinématiques des photons réels résultants des réactions DVCS. Finalement, on décrit la sélection des événements à partir des données stockées, les réductions appliquées aux variables cinématiques et la soustraction de fond. En outre, le processus d'extraction des observables nécessaires pour le calcul de la section efficace de la leptoproduction de photons est décrite, ainsi que les principales étapes suivies pour effectuer la simulation Monte-Carlo utilisée dans ce calcul. Les sections efficaces obtenues sont indiquées à la fin de cette thèse. / The study of the inner structure of hadrons allows us to understand the nature of the interactions between partons, quarks and gluons, described by Quantum Chromodynamics. The elastic scattering reactions, which have been studied in order to measure the nucleon form factors, are included in this frame. The inelastic scattering reactions are also included in this frame, they allow us to obtain information about the nucleon structure thanks to the development of the parton distribution functions (PDFs). While through elastic scattering we can obtain information about the charge distribution of the nucleon, and hence, about the spatial distribution of the partons, through inelastic scattering we obtain information about the momentum distributions of partons, by employing the PDFs. However, we can study the exclusive inelastic scattering reactions, such as the Deeply Virtual Compton Scattering (DVCS), wich allow us to access to the spatial and momentum distributions simultaneously. This is possible thanks to the generalized parton distributions (GPDs), which allow us to correlate both types of distributions. The process known as DVCS is the easiest way to access the GPDs. This process can be expressed as the scattering of an electron by a proton by means of a virtual photon with the result of the scattered initial particles plus a real photon. We find a process competing with DVCS known as Bethe-Heitler (BH), in which the real photon is radiated by the lepton rather than the quark. Due to the small cross section of DVCS, of the order of nb, in order to conduct these kind of experiments it is necessary to make use of facilities capable of providing high beam intensities. One of these facilities is the Thomas Jefferson National Accelerator Facility , where the experiment JLab E07-007, “Complete Separation of Virtual Photon and π⁰ Electroproduction Observables of Unpolarized Protons”, took place during the months of October to December of 2010. The main goal of this experiment is the isolation of the contribution from the term coming form the DVCS from the interference term, resulting from the BH contribution. This isolation is known as “Rosenbluth Separation”. The work presented in this thesis focuses on the analysis of the data stored by the electromagnetic calorimeter, employed for the detection of real photons. There is also a a theoretical introduction to the study of the nucleon structure, reviewing the concepts of form factors and parton distributions through elastic and inelastic processes. The computation of the photon leptoproduction cross section is described in detail, as well as the goals of experiment E07-007. This thesis also describes the analysis of the data stored by the electromagnetic calorimeter, with the purpose of obtaining the kinematic variables of the real photons resulting from DVCS reactions. Finally, it describes the selection of events from stored data, the applied cuts to kinematical variables and the background subtraction. Also, the process of extraction of the necessary observables for computing the photon leptoproduction cross section is described, along with the main steps followed to perform the Monte Carlo simulation used in this computation. The resulting cross sections are shown at the end of this thesis.

Dans ce travail de thèse est présentée l’analyse des électroproductions exclusives des mésons f ₀ (980) et f₂(1270) sur le proton. Les données ont été acquises pendant l’expérience e1-6 (2001-2002) avec le détecteur CLAS du Jefferson Lab aux États-Unis, en utilisant un faisceau de 5.754 GeV et une cible de dihydrogène. Nous avons mesuré pour la première fois au monde les sections efficaces réduites différentielles de ces deux processus, dans le domaine cinématique 1.5 < Q2 < 4.3 GeV2 et 0.15< xB < 0.55. Nous proposons une interprétation de nos résultats sur une approche basée sur des degrés de liberté hadronique et la théorie de Regge. Une analyse des données en termes d’amplitudes d’ondes partielles et en terme de moments des distributions angulaires a également été tentée. Enfin, nous avons effectué la calibration des photomultiplicateurs du détecteur central de neutron (CND) pour le détecteur CLAS12. Le CND a été optimisé pour l’étude du processus n-DVCS (Diffusion Compton Profondément Virtuelle du neutron). / We present in this report our results for the exclusive electroproductions of f₀(980) and f₂(1270) off the proton. The data were taken during the e1-6 experiment (2001-2002) with the CLAS detector of Jefferson Laboratory, using a 5.754 GeV beam and a liquid hydrogen target. We have measured for the first time the reduced differential cross sections for these two processes, in the kinematical region 1.5 < Q2 < 4.3 GeV2 and 0.15< xB < 0.55. We propose an interpretation of our results according to a Regge-based model. An alternative analysis of the data in terms of partial waves amplitudes as well as in terms of moments of the decay angular distributions has also been attempted. Finally, we have performed the calibration of the photomultipliers of the Central Neutron Detector (CND), to be installed in the CLAS12 detector. The CND has been optimized for the study of the n-DVCS process (Deeply Virtual Compton Scattering off the neutron).

The most commonly known macro scale probing devices are simply comprised of metallic leads used for measuring electrical signals. On the other hand, micromachined probing devices are realized using microfabrication techniques and are capable of providing very fine, micro/nano scale interaction with matter; along with a broad range of applications made possible by incorporating MEMS sensing and actuation techniques. Micromachined probes consist of a well-defined tip structure that determines the interaction space, and a transduction mechanism that could be used for sensing a change, imparting external stimuli or manipulating matter. Several micromachined probes intended for biological and nanotechnology applications were fabricated, characterized and tested. Probes were developed under two major categories. The first category consists of Micro Electromagnetic Probes for biological applications such as single cell, particle, droplet manipulation and neuron stimulation applications; whereas the second category targets novel Scanning Probe topologies suitable for direct nanopatterning, variable resolution scanning probe/dip-pen nanolithography, and biomechanics applications. The functionality and versatility of micromachined probes for a broad range of micro and nanotechnology applications is successfully demonstrated throughout the five different probes/applications that were studied. It is believed that, the unique advantages of precise positioning capability, confinement of interaction as determined by the probe tip geometry, and special sensor/actuator mechanisms incorporated through MEMS technologies will render micromachined probes as indispensable tools for microsystems and nanotechnology studies.

Plus de quarante ans après la découverte de constituants ponctuels dans le nucléon, sa structure en quarks et gluons (partons) fait toujours l'objet d'études intenses. Certains processus exclusifs (où tous les produits de l'état final sont connus) de leptoproduction ou de photoproduction exclusive de photon ou de méson sur le nucléon permettent d'accéder aux Distributions de Parton Généralisées (GPDs). Ces fonctions paramétrisent la structure complexe du nucléon et contiennent des informations sur l'impulsion longitudinale et la position transverse des partons dans le nucléon. De tels processus exclusifs sont la Diffusion Compton Profondément Virtuelle "genre espace" et "genre temps" (DVCS et TCS respectivement) qui correspondent à la diffusion d'un photon de haute énergie sur un quark du nucléon et sont mesurés respectivement à partir des réactions lN⇾l'N'γ (N = proton ou neutron, l = lepton) et γN⇾N'l+l-. La première partie de cette thèse est une étude expérimentale du DVCS avec les données 2009 de l'expérience COMPASS au CERN. Dans un premier temps, la section efficace de diffusion profondément inélastique est mesurée, de façon à valider la mesure du flux de muons et à déterminer certains effets systématiques dans la recontruction des traces. Ensuite, la section efficace de production exclusive d'un photon est mesurée. Elle contient le processus DVCS (photon émis par un quark du nucléon) et le processus Bethe-Heitler (photon émis par le lepton diffusé) qui ont le même état final. L'étude des bruits de fond a aussi conduit à estimer une limite à la section efficace de production exclusive d'un pion neutre. La seconde partie de la thèse est dédiée à une étude phénoménologique du TCS aux énergies typiques de JLab 12 GeV. Les amplitudes du TCS et du Bethe-Heitler associé sont d'abord calculées. Puis, toutes les asymétries de simple et de double polarisation de la cible et/ou du faisceau linéairement ou circulairement polarisé sont calculées en fonction de diverses contributions de GPDs. Enfin, une méthode d'ajustement est présentée pour extraire les Facteurs de Forme Compton (qui sont des fonctions des GPDs) avec des données et/ou des simulations de DVCS et/ou de TCS. / More than forty years after the discovery of pointlike constituents inside the nucleon, its quarks and gluons structure is still intensively studied. Some exclusive processes (where all the final state products are known) of leptoproduction or of photoproduction of photon or meson off the nucleon provide access to the Generalized Parton Distributions (GPDs). These functions parameterize the complex structure of the nucleon and contain informations about the longitudinal momentum and the spatial transverse distribution of partons inside the nucleon. Such exclusive processes are the "Spacelike" and the "Timelike" Deeply Virtual Compton Scattering processes (DVCS and TCS respectively) which correspond to the scattering of a high-energy photon off a quark in the nucleon and are respectively measured in the reactions lN⇾l'N'γ (N = proton or neutron, l' = lepton) and γN⇾N'l+l- The first part of this thesis is devoted to the experimental study of DVCS, using the 2009 data from the COMPASS experiment at CERN. In a first step, the Deep Inelastic Scattering cross section is measured in order to check the muon flux measurement and to evaluate some systematic effects. Then, the cross section for the exclusive production of a photon is measured. It is made up of the DVCS process (the photon is emitted by a quark) and of the Bethe-Heitler process (the photon is emitted by the scattered lepton) which has the same final state. The study of the background has allowed to estimate in parallel an upper limit for the cross section of the exclusive production of a π° meson. The second part of the thesis is devoted to a phenomenological study of TCS at typical energies for the JLab 12 GeV upgrade. Firstly, the amplitudes for the TCS and for the associated Bethe-Heitler process are derived. Then, all single and double polarization (beam and/or target) observables are calculated as a function of different GPD contributions. Finally, a method is presented to extract the Compton Form Factors (functions of GPDs) from fits on DVCS and/or TCS data and/or simulations.