David LhuillierAtelier de Structure Nucléaire - 05/20041 Aurons-nous la peau du Neutron? Etat des lieux sur le 208 Pb Mesure par la sonde faible Méthode

David Lhuillier Atelier de Structure Nucléaire - 05/2004 1

Aurons-nous la peau du Neutron?

•Etat des lieux sur le 208Pb

•Mesure par la sonde faible

•Méthode expérimentale

•Apport de connaissances


Prédictions Théoriques

NL1

SKIII

P. Ring et al., Nucl. Phys. A624, 349 (1997)


Mesures

[1]

[2]

[3] [4]

PRex: Rn/Rn~1%

Rn:

[1]: -Pb, Nucl. Phys. A209,1 (1973)[2]: p-Pb, Phys. Rev. C 21, 1488 (1980)

[4]: -Pb*, Nucl. Phys. A567, 521 (1994)

[3]: p-Pb, Phys. Rev. C 49, 2118 (1994)

Nouvelle mesure en diffusion d’e-,Indépendante des modèles nucléaires:

SHF+FP: Skyrme contraint par nEOS

de Friedman-Pandharipande.

Rp = 5.51 +/- 0.02 fm

208Pb

Diffusion élastique d’e-:


Sonde faible de la matière nucléaire

2

GFQ2

~ 3.10-4 Q2~MZ

M

e- (k)

N N

Z0

e-

N N

+e- N e- N =

Mais effet non mesurable dans si Q2<<MZ2:

e- (k’)

q=k-k’

Z0: sonde perturbative, connue précisément


La symétrie parité

•Exacte pour QED, QCD, gravitation•Non respectée par l’électrofaible, signature unique

Pari

té(R

éfle

xion

/ O

)

180 deg.

Sym. miroir

O

Vecteur :

Scalaire :

Pseudo-vecteur:

Pseudo-scalaire:

x,p,E

m

=xp,B

h=.p

-x,-p,-E

+m

+,+B

-h


Et Z0 est arrivé…

e(k)N(p’)

e(k’)

O

e(k)N(p’)

e(k’)

Asymétrie de violation de parité:

Parité(pseudo-vecteur)


Théorie V-A

W+

e+

Z0

f

f

cfV = T3 – 2sin2WQf

cfA = T3

Violation maximale de P

Courant neutre:

Courant chargé:

Violation partielle de P

(T.D.Lee et C.N. Yang, 1956)

Charges faiblesQW = 1-4sin2W

p

QW = 1n


Une nouvelle sonde fructueuse


FW (Q2)

F (Q2)

-N Fn(Q2) + (1-4sin2W) Z Fp(Q2)

Z Fp(Q2)

Mesure de Rn par la sonde faible

e-

208Pb

Z0

Approximation de Born:

(R2=R2n-R2

p)


Extraction de FW(Q2)

Corrections Coulombiennes:

Aexp ~ (1-Z/) Aborn

•Correction déjà bien maîtrisée pour Rp

•Section efficace au %•Fw sensible à la distribution de neutrons dont la correction dépend peu.

30% pour la cinématique de PRex

Erreur associée négligeable:

C. Horowitz et al, Phys. Rev. C 63, 025501 (2001)

FW comparaison avec théorie de champ moyen


Extraction de Rn

208Pb: Rn ~ RW - 0.06 fm , erreur << 0.05 fm

Rq: 4He, N=Z et Rn=Rp mesure de rs.


Erreurs Syst. Théoriques

Courants d’échange: -Pas de transitions 0+0- par interaction Coulombienne -Portée faible, rMEC<<Rn

Corrections dispersives d’ordre /Z

Dépendance en Q2:

RW/RW=1% a/a=25%

-Surcontraint par les mesures d’énergie de liaison

Incertitudes théoriques faibles comparées à l’erreur de la mesure


Jefferson Laboratory

Faisceau continu

E = 0.7-6 GeV upgrade 12 GeV

I = 1nA - 100A

Pe~80%

3 halls expérimentaux en simultané


Figure de Mérite

F.O.M. = d/d.A2.2

E 850 MeV

e 6.0 deg

q 0.45 fm-1

Q2 0.008 Gev/c2

APV 0.64 ppm !


Hall A @ JLab = 860 MHzT =700hA/A = 3%Dose=16 MRad

Détecteur

Plan focal

Polarimètres Cible

E 850 MeV

e 6.0 deg

q 0.45 fm-1

APV 0.64 ppm

I =50APe=80%


- Pas de temps mort

ADC

16 bits

NR,L

e-

Détection

Aexp = 510 15 10-9 (ppb) !

Précision statistique attendue pour 700h de faisceau:

Signal INTEGRE sur un pulse d’hélicité :

Sandwich quartz-cuivre

R L RR L L


Detection

Bruit de fond

Plan focal

p

Dis

pers

ion=

12

.5cm

/%

- Réjection du bruit de fond grâce a une très bonne résolution en E

- Coupure à 4MeV: intégration des premiers niveaux excites

Aexp = A [1-B/S(1-AB/A)]

Avec B/S<0.1% et AB~A

Correction et erreur négligeables Permet + de pertes d’énergie dans cible épaisse.

0+

3-

2.6 MeV

208Pb


Cible de Pb

Epaisseur limitée par radiations dans le hall et les pertes d’énergies 10% de 0

Tenue à fort courant par un revêtement de poudre de diamant.


Intégration de l’ensemble de l’accélérateur dans l’appareillage de l’expérience:

•Source polarisée•Moniteurs de positions et courant•Aimants correcteurs•Polarimètres•Cible•détecteurs

Contrôle du faisceau

N = N (I,X,Y,x,y

,E,…)


Source Polarisée

RL

RL

15 Hz

Séquence HV:

* En phase avec le 50/60HzRéduit le bruit électronique lié au secteur

* Première état d’une paire aléatoireSupprime la corrélation a l’hélicité

* Renversement rapide de l’hélicitéMinimise la sensibilité aux variations de l’appareillage

* Inversion R L par lame /2Change le signe de l’asymétrie physique

Accélérateur

e-

RL

…


Pouvoir d’analysedu cristal source

Asymétrie en intensité

jitter~0.5%

bruitI

paireI

Transport non parfait du faisceau laser a la source:

3 ppm/Volt

A (

ppm

)

“PITA slope”:bras de levier du feed-back

Polarisation linéaire résiduelle


/2

Contre-réaction

Contre reaction sur la tension de la cellule de Pockels:

• Convergence en 1/N de la valeur moyenne et de l’erreur

• Limitation du bruit électronique qui reste en 1/N


Normalisation

-Q2 à 0.3%:

- mesure de spectro à 0.3 mrad près- Utilisation de la haute resol. en E

-Pe à 1%:

- Polarimètre Compton avec laser vert.- Challenge a “basse” énergie car - F.O.M. E2

- Idée de polarimètre - Moller à atomes froids.- dPe/Pe potentielle = 0.5%

Source d’erreur A/A(%)Polarisation 1.0

Q2 0.3Acceptance 0.3

Param. Faisceau

0.2

Bruit de fond 0.2Total Syst. 1.1

Stat. 3.0TOTAL 3.2


Contraintes sur N-N effectives

A. Brown, Phys. Rev. Lett. 85, 5296 (2000)

Rn-R

p d

ans

20

8Pb (

fm)

E/N

(M

eV

)

n (neutron/fm3) dn/dE à n=0.1 n/fm3


Contraintes sur N-N effectives

Asymétrie dans l’énergie de Fermi bien contrôlée dans les modèles


Des atomes aux étoiles

Violation de parité dans les atomes: -tests très précis (QW à 0.7%) du MS a basse énergie -Niveau d’erreur des corrections électrofaibles Rn/Rn=2% -Mesure sur Ba envisgeable (N/Z plus proche de 137Cs)

Contraintes sur le rayon des étoiles à neutrons

C.J. Horowitz, Phys. Rev. C 64, 062802 (2001)


Conclusion

Résiste au feu des erreurs théoriques, peu de dépendance aux modèles nucléaires

Erreurs expérimentales seront dures à cuire

Contraintes sur les interactions effectives

Connexions avec PV atomiques et astro-physique

Prex:

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