The CLAS Collaboration is using the p(e, e′ K+ p)π- reaction to perform a measurement of the induced polarization of the electroproduced Λ(1116). The parity-violating weak decay of the Λ into pπ- (64%) allows extraction of the recoil polarization of the Λ. The present study uses the CEBAF Large Acceptance Spectrometer (CLAS) to detect the scattered electron, the kaon, and the decay proton. CLAS allows for a large kinematic acceptance in Q2 (0.8 ≤ Q2 ≤ 3.5 GeV2 ), W (1.6 ≤ W ≤ 3.0 GeV), as well as the kaon scattering angle. In this experiment a 5.499 GeV electron beam was incident upon an unpolarized liquid-hydrogen target. The goal is to map out the kinematic dependencies for this polarization observable to provide new constraints for theoretical models of the electromagnetic production of kaon-hyperon final states. Along with previously published photo- and electroproduction cross sections and polarization observables from CLAS, SAPHIR, and GRAAL, these data are needed in a coupled-channel analysis to identify previously unobserved s-channel resonances.

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This analysis studies the reaction ep → e′p′ϕ in the kinematical range 1.6 ≤ Q² ≤ 3.8 GeV² and 2.0 ≤ W ≤ 3:0 GeV at CLAS. After successful signal identification, total and differential cross sections are measured and compared to the world data set. Comparisons are made to the predictions of the Jean-Marc Laget(JML) model based on Pomeron plus 2-gluon exchange. The overall scaling of the total cross section was determined to be 1/Q^4.6±1.7 which is compatible within errors to the Vector Meson Dominance prediction of 1/Q⁴ as well as to the expected behavior of a quark and gluon exchange-dominated model described by Generalized Parton Distributions of 1/Q⁶. The differential cross section dσ/dφ was used to determine that the s-channel helicity conservation (SCHC) assumption is valid within the precision of the current data. SCHC leads to a simple expression for the decay angular distribution from which R, the ratio of the longitudinal to the transverse cross section, can be extracted. Under the assumption of SCHC, we determine R = 1.33 ± 0.18 at an average Q² of 2.21 GeV² which leads to a determination of the longitudinal cross section σ_L = 5.3 ± 1.3 nb for exclusive ϕ production. / Ph. D.

We studied the reaction 𝑒𝑝 → 𝑒′𝑝′𝜙 with a 4.2 GeV incident electron beam in the region of the electroproduction variables Q² from 0.7 to 2.2 GeV² and W from 2.0 to 2.6 GeV. The data were taken and analyzed at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility. For the first time, we observe the expected t-slope dependence on Q² and Δ𝜏 in 𝜙 vector meson production. We find that the width of the forward 𝜙-meson diffraction peak increases rapidly as the interaction time decreases below cΔ𝜏 ≈ 1 fm. Within a simple optical model framework, the data show that 𝜙 meson has a smaller size than the 𝜌. The measured 𝜙 cross-section dependence on Q² is in a good agreement with previous measurements and well-described by the phenomenological Pomeron-exchange model. Our cross-section data do not favor the standard Vector Meson Dominance and 𝑠𝑠̅-knockout model predictions. From the angular distribution of the decay 𝜙 → 𝐾⁺𝐾⁻, assuming the 𝑠-channel helicity conservation, we extracted the longitudinal-to-transverse cross-section ratio, 𝑅, and Vector Meson Dominance scaling parameter, 𝜉², which are consistent with the previous measurements and the model expectations. / Ph. D.

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En physique hadronique, la structure du nucléon et le confinement des quarks sont des problèmes toujours d'actualité. Les réactions d'électro-production de pions neutres et de difusion Compton virtuelle permettent d'accéder à de nouvelles observables décrivant cette structure. Ce travail porte sur l'expérience de diffusion Compton virtuelle réalisée à Jefferson Lab en 1998. Le faisceau d'électrons d'énergie 4 GeV est envoyé sur une cible cryogénique d'hydrogène, et l'électron et le proton difusés sont détectés en coïncidence grâce aux deux spectromètres du Hall A. Le photon (pion) est détecté par une technique de particule manquante. L'analyse des données de cette expérience a permis d'extraire les sections efficaces des deux processus au quadrimoment de transfert Q2=1 GeV2. La section efficace de diffusion Compton virtuelle a été extraite pour la première fois dans la région des résonances du proton (W compris entre 1.0 et 2.0 GeV) par l'intermédiaire de l'électroproduction de photon. Autour du seuil de production de pion jusqu'à la région de la résonance Delta(1232), ces résultats permettent de mesurer les polarisabilités généralisées, qui décrivent la structure du proton au même titre que les facteurs de forme élastiques. De plus, la mesure de la section efficace d'électro-production de pions neutres dans la région des résonances a permis d'apporter des contraintes sur les modèles phénoménologiques existants.

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Définies aux milieux des années 1990, les distributions de partons généralisées (GPDs) représentent un degré d'information supérieur aux facteurs de formes et fonctions de distributions de partons: en effet elles conservent la corrélation entre fraction d'impulsion longitudinale et position transverse des partons dans le nucléon. Par conséquent les GPDs permettent d'accéder à la distributions des partons dans le plan transverse en fonction de leur impulsion longitudinale. De plus il est possible de calculer le moment orbital angulaire total des quarks par le biais de la règle de somme de Ji. Nous accédons expérimentalement aux GPDs par des observables liées à des processus exclusifs (asymmétries, sections efficaces,...). Un programme expérimental mondial a commencé au début des années 2000 afin de caractériser les GPDs. Ce document décrit l'analyse de données de deux expériences réalisées en 2004 et 2010 dans le Hall A au laboratoire Jefferson en Virginie. A partir des données de 2004, nous avons extrait les sections efficaces d'électroproduction de photon polarisées et non polarisées. Une étude approfondie des erreurs systématiques a significativement améliorée la qualité des résultats. Ces derniers semblent indiquer la nécessité de prendre en compte les corrections de cible massive et de transfert d'impulsion fini jusqu'au twist-4. A partir des données 2010, nous avons réalisé pour la première fois une séparation des réponses longitudinale et transverse de l'électroproduction de pions neutres. Les résultats ont confirmé l'hypothèse d'une contribution transverse significative bien qu'étant de twist supérieur par rapport à la contribution longitudinale. Ces données de haute précision, que ce soit pour le photon ou le pion neutre, valident le formalisme des GPDs et permettront d'affiner les modèles afin de réaliser la tomographie 3D du nucléon. / Defined in the mid 90's, the generelized parton distributions (GPDs) represent a higher level of information than the form factors and parton distribution fuctions: indeed they encapsulate the correlation between the fraction of longitudinal momentum and the transverse position of the partons inside the nucleon. Consequently we can access the distribution of the partons in the transverse plane according to their longitudinal momentum. Moreover we can derive the total angular orbital momentum of quarks thanks to Ji's sum rule. Experimentally, we access the GPDs through the study of deep exclusive processes (asymmetries, cross sections,...). A worldwide experimental program started in the early 2000's. This thesis presents two data analyses carried on two data sets from experiments running at Jefferson laboratory - Hall A in 2004 and 2010. From the 2004 data set, we have extracted unpolarized and polarized photon electroproduction cross sections. A careful study of the systematic errors has greatly improved the quality of the results. They seem to indicate the necessity to take into account target-mass and finite-t corrections up to twist-4. From the 2010 data set, we have performed the first separation of the longitudinal and transverse responses of neutral pion electroproduction. The results confirm the assumption of a significant contribution of the transverse response although kinematically suppressed with respect to the longitudinal response. These results of high precision validate the GPD approach and will allow to improve the existing models.

La section efficace d'électroproduction de photons sur le nucléon est proportionnelle aux amplitudes au carré de diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS) et du Bethe-Heitler ainsi qu'un terme d'interférence de ces deux processus. Sa mesure sur le neutron fut réalisée dans le cadre de l'expérience E08-025 qui s'est déroulée en 2010 dans le Hall A à Jefferson Lab (USA). Par une forte sensibilité au terme d'interférence, elle aura permis l'extraction de trois observables dépendantes des Distributions Généralisées de Partons (GPDs), ainsi que la perspective de séparer par une méthode Rosenbluth le terme |DVCS|².Les GPDs sont des fonctions de structure qui nous permettent de comprendre la structure interne des nucléons en terme de corrélation entre les distributions en position transverse et en impulsion longitudinale des quarks au sein du nucléon. Plus qu'un moyen d'accéder à une image tri-dimensionnelle de la composition élémentaire du nucléon, la détermination des GPDs du neutron permettrait par la règle de somme de Ji l'accès au moment angulaire des quarks dans le nucléon, la pièce manquante à la compréhension du mystère lié au spin du nucléon.Cette thèse aborde le contexte théorique de la mesure de la section efficace d'électroproduction de photons sur le neutron, puis une description de la configuration expérimentale utilisée pour sa réalisation. Elle expose la sélection des données d'intérêt pour cette mesure et présente les résultats obtenus par une méthode d'ajustement des données à une simulation Monte Carlo dont la démarche est expliquée en détails. Pour finir, une étude systématique des résultats achève ce manuscrit. / The photon electroproduction cross section off the nucleon is proportional to the deeply virtual Compton scattering (DVCS) and Bethe-Heitler amplitudes squared together with an interference term between these two processes. Its measurement on the neutron has been performed in the framework of the E08-025 experiment which took place in 2010 in Hall A at Jefferson Lab (USA). Thanks to a high sensibility to the interference term, it made possible the extraction of three Generalized Parton Distributions (GPDs) dependent observables, as well as the prospect to extract the |DVCS|² term through a Rosenbluth separation.The GPDs are structure functions which allow to understand the internal structure of nucleons in term of the correlation between transverse spatial and longitudinal momentum distributions of quarks inside the nucleon. More than a way to access a three-dimensional picture of the elementary arrangement of the nucleon, the measurement of GPDs on the neutron would give access by the Ji's sum rule to the angular momentum of quarks in the nucleon, the missing piece for the understanding of the nucleon spin puzzle.This thesis outlines the theoretical context of the measurement of the photon electroproduction cross section off the neutron, and the experimental setup used for its achievement. It describes the selection of the experimental data of interest for this measurement and presents the results obtained from a fitting method of data to a Monte Carlo simulation, which is explained in detail. Finally, a systematic study of the results completes this manuscript.